Silicon Labs超低功耗单电池供电系列MCU介绍
发布时间：2010-10-18 19:40
发布者：techshare
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现在的电子产品，对低功耗的要求越来越高，是工程师必须面对的问题。以MCU为核心的系统，在低功耗产品的设计过程中，一般从硬件和软件方面来入手，因此选择低功耗MCU成为关键。 目前的MCU低功耗产品普遍存在和面临的主要问题 1、工作电压一般在1.8V，很难达到1.5V以下，因为要兼顾到处理器的IO输出能力，其电压不能太低，但实际情况是要求工作电压越低越好。 2、产品设计过程中旺旺需要芯片有更高集成度，能够高速运行且有低功耗的工作模式，在这种工作模式下，每MHz的工作电流要足够低；从低功耗模式到工作模式的切换，要求时间要短和电流很小。 3、唤醒要快，而这又和待机低功耗发生矛盾。 4、具备实时时钟RTC时，待机电流难以降低。 针对这些问题，Silicon Labs专门推出了业内领先概念的低功耗MCU系列，它具备如下特点： 1， 内置Boost升压电路，可以在0.9V输入电压下正常工作。 2， 同时内置了LDO，为MCU低功耗和稳定工作提供了硬件保障。 3， 超低的待机功耗，RTC不工作时待机电流低至10nA；RTC工作时，待机电流低至300nA。 4， 工作时达到160uA/MIPS的业内最低功耗。 5， 为低功耗而优化的AD转换器设计，可以在输入为0.9V时正常工作，具备Burst突发采样模式，降低MCU的负担。 6， 丰富的唤醒模式，大大提高了系统设计的灵活性并使MCU可以经常处于待机模式下。 Silicon Labs独特的低功耗设计----电源管理单元PMU 该设计可以实现数字电路工作在1.8V，通过内部DC-DC功能，使电池提供的电压比较低，也能提供3.3V的IO驱动输出，能驱动LED、无线通讯器件等。见图1  图1 DC-DC框图 在MCU的电源管理中，供给IO模块及模拟单元的电源，可以选择DC-DC模块转换后的电压，或者直接选择外部电源VDD。通过LDO转换的稳定电源1.8V，可以供MCU部分工作，为内部RTC、PMU和RAM供电；对于内部RTC、PMU和RAM，也可以灵活选择电池直接进行供电。 丰富的待机和唤醒模式 C8051F9xx系列数字和模拟部分在休眠状态下，唤醒时间均为2μS；在RTC不工作情况下，低功耗模式下电流低至10nA，在RTC工作的情况下也只有300nA的工作电流。 独特的AD采样工作模式 ADC在10位采样的情况下，具有300Ksps采样速率，而且突发的采样工作模式，能减少MCU的操作指令和工作时间。在突发采样工作模式下，采样开始后，ADC上电工作并且进行输入信号跟踪，通过电压转换，经过一个系统时钟后便进入断电的低功耗模式，等待下一次采样开始。整个采样过程中， MCU程序不需要进行上电和断电的操作，有效降低功耗。下图为：  图2 Burst工作流程 低功耗实现 以一个低功耗设计为例，其基本模式为：每0.5秒唤醒一次, 进行ADC采样，完成数字处理，再休眠的循环工作模式。系统长时间工作，电池电压会逐渐降低，以至电池不能正常供电；应用Silicon Labs系统的电池电压下降比较慢，电池寿命可以达到1100天左右，而其他品牌的低功耗MCU应用则不能。见图3  图3 Silicon Labs系统与其他同类产品的对比 MCU在休眠的情况下，具有非常低的电流，其唤醒时间也只有2μS；在系统工作的时候，MCU运行非常快，包括ADC采样速率也很高。由于MCU工作时功耗大一些，就需要快速完成功能且进入休眠模式。  图4 如上图4，Silicon Labs如果在系统时钟25MHz工作电流可稍微大一些，工作时间则非常短，而功耗是工作电流和工作时间的乘积来计算的，也就是其“面积”。而其他应用系统工作电流虽然较小，但是工作时间长很多，总共的功耗“面积”就会高出许多。 Silicon Labs目前推出的产品系列 目前Silicon Labs已经推出了C8051F90x/91x/92x/93x系列，  图5 Silicon LabsC8051F90x/91x/92x/93x系列功能框图 这些系列包括了丰富的外设资源，如下： 1，24.5MHz的内置振荡电路。 2，2个独立的比较器。 3，UART，SPI，I2C通讯接口。 4，RTC实时时钟。 5，PCA模块可以实现PWM、频率、边沿捕获、定时器等功能。 产品应用（见下图6）  图6 开发工具 Silicon Labs的授权代理商世强电讯已可以提供完整的开发套件，C8051F912DK；内有开发软件，数据手册，编程器，开发板及电源等。 此外，还可以从世强电讯获得相关产品的应用笔记，包括： AN358: C8051F9xx优化低功耗操作模式 AN359: C8051F9xx调试技巧 AN431: C8051F93x-C8051F90x 软件设计向导 单电池供电的低功耗MCU，以其高集成度、低电流、工作模式低功耗、快速唤醒，以及快速的数据处理能力，将能很好的适用于低功耗产品中。 |
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