对于使用电池供电的产品,特别是那些需要通过一节电池工作一年甚至几年的产品,平均电流要求非常低,通常在微安级或纳安级。
在我之前的工作中,我经手过很多电池供电的产品,这些产品都有一个共同的特点,就是待机时电流非常低。
接下来,我将结合自己的工作经验和市面上相关产品,描述一些关于低功耗设计的注意事项,并介绍一些实现低功耗的方法。
一、待机产品及情况
低功耗产品通常是要求待机功耗低,有的产品待机时0功耗,有的产品待机时多个外设模块交替,或者同时工作。
1.待机0功耗
待机时0功耗的产品,只要保证在工作时的功耗即可。如果工作的时间也很短,那么这种产品在低功耗方面需要投入的研发其实相对不多。
**比如电视机(按键)遥控板:
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这种产品待机时0功耗,通过按键唤醒,唤醒之后工作几毫秒(不同型号时间有差异)又进入待机状态。
实现原理:
通过按键上电,启动MCU,执行工作,执行完任务,通过MCU控制总电源断电。
也就是:通过外部开启电源,通过内部控制断电的机制实现。
2.间歇待机
有些产品是间歇性待机,比如:工作1ms,待机499ms。
比如IC卡设备:
IC卡设备如果一直处于寻卡工作状态,电流其实相对较大,而很多时候都没有IC来感应。
实现原理:
这种产品,可以间隔0.25s,或者0.5s来感应(寻卡)一次,同时不会给人带来“卡顿”的感觉。(寻卡工作的时间其实很短)
(图片来自网络)
同理,类似的产品还有很多,比如无线遥控天然气、水表等。
这种做法目的是为了让产品功耗更低,但人看起来产品一直在工作。
3.长期待机
有些产品的MCU是通过外围设备唤醒,比如通过触摸按键唤醒产品。
这种产品相对上面两种难度更大,要同时保证MCU内部资源,以及外部资源在工作和待机时功耗都要尽量低。
二、实现低功耗的方法
结合上面产品的描述可以总结几点实现低功耗的方法。
1.控制电源开关
通过控制系统总电源、(高功耗)外围模块电源的开关,特别是使用频率低、功耗大的外围模块,在需要时才开启。
2.控制MCU内部外设
有些MCU产品的外设在上电时默认是开启的(比如STM8S),不用的外设一定要关闭,在需要时才开启。
3.控制时钟频率
这里说的控制时钟频率不单纯是降频,是根据实际工作情况(工作模式、时长等)调整频率。
有些产品它在执行任务A时,要求快速处理(不如跑一段算法),则需要调整到更高的频率;
而在执行任务B时,处理简单事情(比如控制LED亮灭),则需要将时钟调整到很低状态。
同时,还需要结合工作时长,比如上面任务A,如果时间很长,这个频率也需要综合考虑。
4.控制IO状态
现在MCU基本都有多种状态:
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模拟输入 -
浮空输入 -
下拉输入 -
上拉输入 -
开漏输出 -
推挽输出 -
复用开漏输出 -
复用推挽输出
在低功耗状态、工作过程都需要设置成合理状态。比如通常在待机时,将不用的引脚设置成模拟输入。
5.检查硬件
检查是否存在漏电流,比如不合格电容、电阻等器件。
还有虚焊或板卡上存在残留焊锡等情况,都会导致功耗增加。
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