消除现实世界中超低功耗嵌入式设计的隐患(06-100)

　　目前，工程师的任务之一是开发基于低成本微控制器(MCU)的超低功耗嵌入式应用，此类应用通常要求用一颗电池维持数年的工作。在从家用自动调温器到个人医疗设备等此类超低功耗应用中，设计人员必须仔细考虑每一微安电流。本文主要探究功耗去向以及如何消除往往在项目的最后时刻才会显露的隐患。

　　在典型的基于超低功耗MCU的应用中，有效占空比极低。在下，绝大多数时间处于待机模式下，只保持实时时钟功能。此类例子包括数秒钟才测一次温度的电子自动调温器以及一天只启动几次且每次运行不超过 1 分钟的便携式血糖监测仪。但是一旦有需求，系统必须即时进行处理。

　　应当牢记的是，基于 MCU 的超低功耗应用必须提供如下性能：

　　·尽可能低的待机功耗；

　　·必要的卓越性能；

　　·在工作模式间能够快速切换。

　　理想的电池

　　便携式仪器使用的电池对系统的工作寿命有很大的影响。最常见的方法是使用一对标准的 1.5V‘AAA’碱性电池。另一种既能使成本最小化又无需更换电池的解决方案是永久安装的单体钮扣锂电池。永久电池概念是一个重要的市场卖点，这种电池能够避免客户服务及因更换电池时安装不当所引起的相关责任。

　　假设有一个最小供电电压为 2.7V 的电池供电仪器，它的待机模式决定了平均电流，其值通常在 2mA 以内。在使用一对‘AAA’电池供电时，则需要一个 20mA  以内的稳压器对此类电池的线性放电进行补充。因而，系统的总电流消耗为 22mA 即 MCU 与稳压器之和。串联的 2 节碱性电池放电至 2.7V 电压时，只有 40% 的电池容量能被利用，产生大约 400mAh 的电量。在除以 22mA 的平均电流消耗之后，就可以计算出采用这种碱性电池供电，系统可以运行 2 年。