随着半导体技术和工艺的不断进步,单片机(MCU)的功耗表现也在逐步改善。现如今,许多厂商都在宣传自家的MCU具备低功耗(Low Power)或者超低功耗(Ultra Low Power)的特性。然而,各家MCU在相同低功耗水平下的命名方式各有不同,有的被称为STOP模式,有的则被称为DEEP-SLEEP模式等,这就需要仔细阅读芯片的参考手册来加以区分。
事实上,不论是低功耗MCU还是超低功耗MCU,它们进入低功耗模式后的表现大致相同:程序停止运行、RAM和寄存器数据得以保持,唤醒后程序可以继续执行而无需复位,功耗仅为微安级别。只是一般低功耗MCU的功耗在3到5微安之间,而超低功耗MCU则在1微安左右。然而需要特别注意的是,这些功耗数值仅适用于常温25℃下的情况。当温度升高至85℃时,这些数值可能会发生显著变化,这一点必须引起重视,因为它直接影响着产品的电池使用寿命。我曾多次被人询问过这个问题,因为他们在实际应用中曾遭遇过类似的困境,甚至受到了损失。
接下来,让我们来看看一些MCU厂商的表现吧!首先登场的是STMicroelectronics,这个厂商大家应该最为熟悉,我们以他们的STM32L0x3系列为例。
ST的数据手册里写的非常清楚,不同温度下的功耗一目了然,不管是常温还是高温,可以看到ST的功耗水平还是非常优秀的。
近几年因为芯片缺货,国内MCU厂家迎来了前所未有的大好机遇,国内低功耗MCU比较知名的品牌有小华半导体和复旦微电子。
小华半导体的HC32L系列非常知名,尤其是在水表里应用广泛,据说水表领域其已占全国约60%的市场份额。
我们以HC32L176为例,DeepSleep模式常温时功耗是0.6uA,85℃的功耗接近6uA,这个比起ST要稍微差一点,不过也很优秀了。
再看复旦微的FM33LE0系列,功耗也不错,注意它是开启了RTC情况下的功耗,和上述小华看起来差不多。复旦微MCU用的最多的是电表领域,在燃气表、水表也有很多应用。
再来看一款国民技术的N32L40X系列,它在高温下的功耗就比较大了,虽然Standby功耗比较低,但是这种模式唤醒后芯片是会复位的。
最后再来看看兆易创新的GD32L233,手册里只写一个典型值,并没有看到高温时的数据,实际数据只能咨询厂家了。
笔者也查看了其它一些国内厂家的MCU手册,也有不少没标注高温时的功耗参数的,使用时还是要小心一些。
最后总结一下:MCU在低功耗时的静态功耗,受高温影响会指数级的增大,只是增大的幅度多少,和不同厂家的设计能力及工艺等因素有关,低温时则没什么影响。运行时的动态功耗受温度影响也不大,它主要取决于运行的主频大小。
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