最新工业应用微控制器（MCU）特性和重要设计注意事项

工业用可携式装置须同时兼具低功耗、高可靠度和高性能要求，因此设计人员在开发产品时，须选用支援低电压操作与具备时脉监控功能的工规微控制器(MCU)，以延长可携式产品电池使用寿命，同时避免因频率不稳而造成性能降低的问题发生。

工业领域中的可携式应用均要求低功耗、高可靠度和高性能。这类工业应用的例子包括条码器、出货数据记录器、高速公路追踪设备、降噪耳机、小型马达控制以及电池充电器。

那么，设计人员如何应对这些挑战?本文将介绍最新的工业应用微控制器(MCU)特性和设计注意事项，以协助设计人员应对上述要求。

使微控制器在尽可能长的时间内保持最低功耗是维持电池寿命的主要目标。运行速度快、唤醒时间短也就意味着平均功耗低(图1)。微控制器在高功率状态下完成工作的速度越快，保持低功耗状态的时间就越长。

MCU电流消耗与时间曲线

支援低电压工作　微控制器省电性能更出色

但是，要延长电池寿命，降低功耗只完成一半，还应充分利用电池。为此，裼媚苤г低电压工作的微控制器是非常重要的。图2显示劲量(Energizer) 提供的硷性电池和钮扣式锂电池在典型数据记录器中的使用寿命。此应用大多数时间处于低功耗状态，偶尔唤醒以处理资讯。硷性AAAA电池的建议保存期为5 年。可以看到，硷性电池和锂电池均从低工作电压中受益。在此例中，以1.8伏特(V)工作的微控制器与等效的2伏特微控制器相比，1.8伏特的微控制器会额外增加6个月的电池寿命，这也显示出低电压微控制器在可携式应用上的优点。

数据记录器电池性能例

时脉监视器提升MCU可靠度

设计高性能和稳定的工业应用的另一注意事项是微控制器的振荡器(Oscillator)特性，其重要性经常被低估。振荡器特性会影响许多方面，包括性能、系统成本、可制造性和可靠性。

新型微控制器以更高的速度工作，并且能够在没有外部时脉源的情况下使内部时脉全速运行，内部时脉也可提供多种时脉频率的选择。这样软体可以随着电压下降而切换到较低频率，以保持在工作规范范围内，或者在连接外部电源后提高速度。

制造过程中另一个常见挑战是石英晶体振荡器有时不能产生可靠的起振或起振时间过长。造成这问题的常见原因有元件品质变化、助焊剂残留和布线疏忽。选择高品质石英晶体振荡器以及实施布线和测试技术(如负电阻测试)可以避免很多问题，这些技术可从石英晶体振U器和微控制器制造商处获取。此外，对低频电路的可配置偏压亦可解决上述问题。此举将允许增加偏压，以确保在各种条件下石英晶体振荡器均能可靠起振，或者减少偏压以降低功耗。这些额外的努力将帮助制造商避免类似棘手问题。