消除现实世界中超低功耗嵌入式设计的隐患(06-100)

　　与之相反，锂电池具有平坦的放电特性，使得其电池容量几乎可以得到完全利用，而无需进行漏电流调节。例如，一颗普通的 220mAh钮扣锂电池 CR2032，其放电量可以达到 90%，输出电压几乎恒定为 2.8V。总的系统电流消耗为 2mA(即只有 MCU 的电流消耗)。采用这种解决方案，一颗电池就可以使系统运行 10 年以上。由于具有超长的工作寿命，此类仪器往往可以设计成一次性设备，10 年后，该仪器完成了它的使命，同时也变得陈旧或过时。

　　时钟控制是关键

　　超低功耗应用中经常采用双振荡器方案。一个总是保持开放状态的 32kHz 的钟表晶振用于低频辅助时钟 (ACLK)，通常只为定时器与实时中断功能提供时钟源。一个能够‘快速启动’的高频主时钟 (MCLK) 振荡器只有在 CPU 与系统需要时才启动，且其唤醒时间一般小于 10 微秒。

　　不过，了解哪些时钟需要快速启动，哪些时钟不需要快速启动是很重要的。

　　常见的陷阱是二级系统时钟唤醒，其最初仅向 CPU 与系统提供 ACLK，而 MCLK 则保持稳定(1 毫秒即可启动)。有时为系统提供快速启动的 MCLK(但不稳定)，但其不稳定性会给可用性造成不利影响。例如，如果要求采用 19200 波特 UART 协议下载数据(这种操作可以随时进行)，这就要求每隔 52ms 准确接受一个比特。但 ACLK 的频率不足以为UART提供足够的波特率调制。如果将二级启动的高速MCLK用于UART，结果将会造成无法预测的波特率并会丢失字符。在此情况下，MCLK稳定下来之前 MCU 必须使系统处于等待状态。

　　进入与退出低功率模式并快速处理数据的能力至关重要，否则CPU就会在等待时钟稳定过程中浪费功率。高速系统时钟可能能够快速启动并立即稳定下来。

　　外设功耗

　　在设计基于MCU的超低功耗应用时还必须考虑到外设的功耗。大部分 MCU 都具有启动单个外设与时钟源的能力，以节省功耗。仅在需要时启动某个外设与时钟是降低功耗的基础。

　　但是我们需要细心检查两个与外设控制相关的领域，即欠压保护和端口引脚漏电流。

　　大部分 MCU 都集成了欠压保护功能，其可在电源电压降低到安全工作范围之外时重启系统，以避免无法预料的事件发生。MCU通常还能启用或禁用欠压保护功能以节省功耗，但是欠压保护必须始终处于开启状态，这是因为欠压是无法预测的。

　　端口引脚漏电流有时会被忽视，但这个问题必须考虑。许多老式的MCU的限定输入引脚漏电流为1mA。而这对于一个具有20个输入端口的器件来说会消耗 20mA 的电流！但专为低功耗设计的MCU允许最大不超过50nA的漏电流。