超低功耗设计_XLP工具设计技巧和电池选择.pdf

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1、Slide 1 超低功耗设计超低功耗设计XLP工具、 设计技巧和电池选择 工具、 设计技巧和电池选择 C12L12 XLP 作者：作者：Stu Chandler, Pr. TTE Brant Ivey, AE Slide 2 课程目标课程目标 完成本课程后，您将能够：完成本课程后，您将能够： 定义低功耗、它的不同的模式以及如何管理这些模式 区分nanoWatt、nanoWatt XLP技术、深度休眠和其他低 功耗特性 分析并设计功耗最低的系统 为应用选择电池 为应用确定和选择支持nanoWatt 技术的最佳PICMCU Slide 3 课程安排课程安排 定义低功耗定义低功耗 功耗预算与规划功耗

2、预算与规划 nanoWatt XLP技术技术 系统注意事项系统注意事项 深度休眠深度休眠 电池的重要特性电池的重要特性 总结和参考资料总结和参考资料 Slide 4 定义低功耗定义低功耗 Slide 5 定义低功耗定义低功耗 有用的关系式有用的关系式 瓦特定律：瓦特定律： 焦耳定律：焦耳定律： 电量电量 I（安培）V（伏特）（瓦特）功耗 （秒）（安培）（伏特）能量（焦耳）tIV 定义定义 电量电量（安培秒）（安培秒）指给定时间段内所使用的电流。这对于计算 应用中每个阶段的功耗或电池的总容量 十分有用。 指给定时间段内所使用的电流。这对于计算 应用中每个阶段的功耗或电池的总容量 十分有用。 （秒

3、）（安培）（库伦）tIq Slide 6 定义低功耗定义低功耗 功耗模式功耗模式 在微处理器应用中有几种功耗模式：在微处理器应用中有几种功耗模式： 动态模式（也称为活动模式） 系统时钟开启器且工作系统时钟开启器且工作 寄生、时钟、外设、内核和寄生、时钟、外设、内核和I/O功耗功耗 静态模式 系统时钟关闭系统时钟关闭 寄生和寄生和I/O功耗功耗 平均模式 应用的一个完整周期内使用的平均功耗应用的一个完整周期内使用的平均功耗 Slide 7 定义低功耗定义低功耗 动态功耗动态功耗 定义定义 动态（活动）功耗动态（活动）功耗指在应用处于活动状态并执行任务时产生的功耗。指在应用处于活动状态并执行任务时

4、产生的功耗。该功 耗主要由CMOS开关电流产生，该开关电流是执行频率和电压的函数。其 他动态功耗由外设或I/O引脚产生。 功耗（功耗（A*V） 时间（ ） 时间（s） 动态动态 动态动态 静态 唤醒 静态 唤醒 Slide 8 定义低功耗定义低功耗 动态功耗的产生来源动态功耗的产生来源 输入 输出 CP+CL 栅极电容栅极电容 负载会增加电容（CL） 总是存在5-10 pF的寄生电容 （CP） CMOS晶体管开关损耗晶体管开关损耗 在转换期间两个开关会短暂导通 更快的切换= 更长的导通时间 =更大的泄漏电流 VDD 供电电压供电电压 更低的电压意味着更低的功耗 Slide 9 dt dV VC

5、VIP 对于V恒定： 定义低功耗 影响动态功耗的因素 定义低功耗 影响动态功耗的因素 dt dV CI fCVP 2 电容（电容（C）受以下因素影响：）受以下因素影响： 芯片设计 外设选择 电压（电压（V）受以下因素影响：）受以下因素影响： 元件选择 频率（f）受以下因素影响：频率（f）受以下因素影响： 系统时钟 代码效率 功耗曲线 应用需求 Slide 10 定义低功耗 静态功耗 定义低功耗 静态功耗 定义定义 静态功耗静态功耗指在应用已开启但不处于活动状态（即系统时钟关闭）时产生的 功耗。 指在应用已开启但不处于活动状态（即系统时钟关闭）时产生的 功耗。该功耗来自于CMOS制造工艺所固有的

6、晶体管泄漏电流、休眠期间 运行的用于计时的实时时钟、系统电压监视器、看门狗定时器电路、I/O 泄漏电流。 功耗（功耗（A*V） Time (s) 动态动态 动态动态 静态 唤醒 静态 唤醒 Slide 11 定义低功耗 静态功耗的产生来源 定义低功耗 静态功耗的产生来源 泄漏电流受以下因素影响：泄漏电流受以下因素影响： 制造工艺尺寸晶体管越小，泄漏电流越高 电压电压越低，泄漏电流越低 温度温度越高，泄漏电流越高 源源漏漏 VDRAIN VGATE VSOURCE 门门 亚阈值泄漏电流亚阈值泄漏电流 漏极到衬底泄漏电流 栅极结隧穿泄漏电流 漏极到衬底泄漏电流 栅极结隧穿泄漏电流 晶体管尺寸越小，

7、静态功耗就越大，晶体管尺寸越小，静态功耗就越大，但是降低动态但是降低动态功耗可抵消这一点，因为它们 可以在较低的电压下工作。 低功耗设计就是在设计及应用层面进行的一系列权衡。 功耗可抵消这一点，因为它们 可以在较低的电压下工作。 低功耗设计就是在设计及应用层面进行的一系列权衡。 Slide 12 定义低功耗定义低功耗 平均功耗平均功耗 )()( 1 staticstaticstaticactiveactiveactive cycle avgtIVtIV t P 定义定义 平均功耗平均功耗指在包括静态和活动工作状态在内的一个完整周期中产生的功耗 与时间之比。 指在包括静态和活动工作状态在内的一个

8、完整周期中产生的功耗 与时间之比。平均功耗的时间包括在每种状态中花费的时间量以及在活动 和静态模式之间切换所需的转换时间。 功耗（功耗（A*V） 时间（ ） 时间（s） 动态动态 动态动态 静态 唤醒 静态 唤醒 Slide 13 定义低功耗定义低功耗 测量功耗测量功耗 万用表万用表 测量RMS电流 典型精度20 nA-100 nA Vdd 3.3V被测器件 Vdd 3.3V被测器件 Rshunt 示波器测量示波器测量VDD的分路电阻的分路电阻 测量和显示功耗曲线 必须谨慎选择Rshunt的阻值 10-100 Rshunt太大可能会导致太大可能会导致BOR 被测器件 Vdd 3.3V 10F

9、VDD电容放电电容放电 测量I=C（V/ t）放电速率 对于极低电流的测量非常有用 Slide 14 功耗预算与规划功耗预算与规划 Slide 15 功耗预算与规划功耗预算与规划 工作模式概要工作模式概要 运行运行动态功耗 内核与外设都运行于系统时钟速度 典型电流值为50-360 A/MHz（3V，25C） 使用LP INTRC（31 kHz）时，电流低至8 A（1.8V, 25C， PIC24F04KA201） 打盹（某些器件）打盹（某些器件）动态功耗 内核速度明显低于外设，外设处于全速状态 电流为运行模式的35%-75%（典型值） 空闲（某些器件）空闲（某些器件）动态功耗 内核关闭，外设开

10、启 电流为运行电流的25%（典型值） 休眠休眠静态功耗 典型电流为100 nA（3V，25C) 85C规范下的电流低至1.35 A（1.8V，85C，PIC24F04KA201） 深度休眠（某些器件）深度休眠（某些器件）静态功耗 SRAM、VREG、VBOR和RTCC关闭 典型电流值为35 nA（3V，25C） 电池使用寿命电池使用寿命 不断延长不断延长 Slide 16 功耗预算与规划功耗预算与规划 分析应用分析应用 将应用划分为几个阶段将应用划分为几个阶段 计算在这些阶段中使用的电流 确定在每个阶段中必须花费的时间 计算每个阶段的功耗 计算整个应用的平均功耗计算整个应用的平均功耗 是否可以

11、通过减少处于活动模式的时间来降低功耗？ 是否可以改变各阶段的电压、时钟源或低功耗模式？ 确定最差的情形并重新分析确定最差的情形并重新分析 是否可以使用不同的模式组合？ 画出功耗曲线画出功耗曲线 建立、测量并确认功耗曲线建立、测量并确认功耗曲线 Slide 17 功耗预算与规划功耗预算与规划 分析应用分析应用 模式调度 唤醒、转换源、回路控制、模式 和时钟控制以及开关转换 模式调度 唤醒、转换源、回路控制、模式 和时钟控制以及开关转换 输出输出 处理处理 将应用划分为几 个阶段 将应用划分为几 个阶段 采集采集 Slide 18 功耗预算与规划 典型应用框图 功耗预算与规划 典型应用框图 1.

12、读温度传感器读温度传感器 2. 写入写入E2 3. 写入写入USART 4. 等待等待10s（带（带RTCC） 5. 重复重复 模拟温度 传感器 MCP9700 RTCC INT0 I2C 串行E2 24AA256 RS232 to USB Bridge PIC18F14K50 INT1 FRC 8 MHz LPRC 500 kHz SOSC POSC T1OSC USART SSP CORE 3.3V S2 S3 PIC24F16KA102 ADC SMPS MCP1650 CR2032 Slide 19 Supply Voltage 功耗预算与规划功耗预算与规划 典型应用指标典型应用指标

13、电源电压3.3V 25 C PIC24F16KA102基本时钟（FRC）8 MHz 3.3V PIC24F16KA102辅助时钟（LPRC）31 kHz 3.3V PIC24F16KA102RTCC报警周期10s PIC24F16KA102电流消耗 来自电池寿命估算器来自电池寿命估算器 MCP9700温度传感器读周期时间800s 6 A 24AA256 EEPROM写周期时间和电流5ms 3mA Slide 20 功耗预算与规划功耗预算与规划 典型应用功耗图典型应用功耗图 运行A读MCP9700温度传感器（800s 6A） 运行B写入EEPROM（5ms 3mA） 循环/休眠/空闲/深度休眠（

14、10s） 未按比例绘制未按比例绘制 功耗（功耗（A*V） 时间（ ） 时间（s） 空闲 唤醒 空闲 唤醒 运行运行A 运行运行B 运行运行A 运行运行B Slide 21 功耗预算与规划功耗预算与规划 nanoWatt XLP电池寿命估算器电池寿命估算器 选择器件 选择 选择器件 选择 Parameters 选择电池选择电池 查看结果 保存 查看结果 保存 输入功耗曲线模式输入功耗曲线模式 Slide 22 功耗预算与规划功耗预算与规划 nanoWatt XLP电池寿命估算器电池寿命估算器 这是可行的最佳方案 吗？ 可以做得更好吗？ 这是可行的最佳方案 吗？ 可以做得更好吗？ Slide 23

15、 nanoWatt XLP Slide 24 nanoWatt XLP 有用的功耗管理特性有用的功耗管理特性 时钟灵活性时钟灵活性 多种时钟选项 可动态配置速度和时钟源 配备了用于低功耗模式的外设 用于低功耗模式的外设和唤醒源配置选项 低功耗振荡器低功耗振荡器 支持通过WDT、Timer1或RTCC进行计时，而不会超出功耗预算 低数字输入泄漏低数字输入泄漏 典型值 某些器件系列具有额外的外设模块禁止（某些器件系列具有额外的外设模块禁止（PMD）控制位）控制位 位于PMD寄存器内 禁止所有用于外设的时钟源禁止所有用于外设的时钟源 相关控制和状态寄存器不产生功耗相关控制和状态寄存器不产生功耗 示例

16、：示例： PMD1 Slide 33 nanoWatt XLP 工作模式工作模式进一步了解进一步了解 PIC16PIC18PIC24 运行运行 所有系统运行所有系统运行 打盹打盹 CPU运行速度慢于外设运行速度慢于外设 空闲空闲 CPU关闭，外设开启关闭，外设开启 休眠休眠 系统时钟关闭系统时钟关闭 深度休眠深度休眠 RAM 关闭，关闭，VREG关闭关闭 特定的特定的nanoWatt XLP器件器件 Slide 34 nanoWatt XLP PIC16 XLP时钟选项时钟选项 PIC16 XLP时钟选项时钟选项 辅助辅助 OSC 主主OSC 内部内部RC 16 MHz 500 kHz 31

17、kHz 4X PLL 后分频器 （ 后分频器 （31 kHz 到到 16 MHz） . CPU和外设和外设 休眠休眠 运行运行 WDT、PWRT 和和FSCM 可选的外设 时钟源 可选的外设 时钟源 Slide 35 nanoWatt XLP PIC18 XLP时钟选项时钟选项 PIC18 XLP时钟选项时钟选项 辅助辅助 OSC 主主OSC 4X PLL 后分频器 （ 后分频器 （31 kHz 到到 16 MHz） . 外设外设 CPU 休眠休眠 运行运行 WDT、PWRT 和和FSCM 可选的外设 时钟源 可选的外设 时钟源 内部内部 RC 16 MHz 500 kHz 31 kHz 空闲

18、空闲 Slide 36 主主OSC nanoWatt XLP PIC24 XLP时钟选项时钟选项 PIC24 XLP时钟选项时钟选项 辅助辅助 OSC 内部内部RC 8 MHz 500 kHz 31 kHz 4X PLL 后分频器 （ 后分频器 （1.95 kHz 到到 8 MHz） . CPU 后分频器后分频器 打盹打盹 外部时钟输出外部时钟输出 WDT、PWRT 和和FSCM 可选的外设 时钟源 可选的外设 时钟源 外设外设 休眠休眠 运行运行 空闲空闲 Slide 37 nanoWatt XLP 运行模式运行模式 所有资源都处于所有资源都处于 活动状态活动状态 可动态配置系统 时钟 可动

19、态配置系统 时钟 CPU RAM INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC RTCC WDT BOR Timer1 INT0 VDDVDDCOREVREG SOSC Post-Scaler Flash Peripherals Analog Slide 38 nanoWatt XLP 时钟切换时钟切换 CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer1 INT0 VDDVDDCOREVREG SOSC Post-Scaler INTRC HS INTRC LP T1OS

20、C POSC SOSC INTRC HS POSC INTRC HS INTRC LP INTRC LP T1OSC SOSC 多个时钟源多个时钟源 可动态切换可动态切换 会影响芯片的所 有组成部分 会影响芯片的所 有组成部分 Slide 39 nanoWatt XLP 时钟切换时钟切换 降低时钟速度节省的电能会比空闲降低时钟速度节省的电能会比空闲/打盹模式节省的打盹模式节省的 更多更多 降低时钟速度会影响芯片的所有部分 双速启动双速启动 INTRC启动的时间为1 s-5 s 根据需要可切换为晶振模式 在等待PLL锁定时可使用INTRC运行 在需要等待外部事件或慢速外设（如在需要等待外部事件或

21、慢速外设（如ADC、比较器、比较器 和通信端口等）时很有用和通信端口等）时很有用 Slide 40 CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer1 INT0 VDDVDDCOREVREG SOSC nanoWatt XLP 打盹模式打盹模式 CPU与存储器 以较慢时钟运行 与存储器 以较慢时钟运行 外设仍然使用全 速系统时钟运行 外设仍然使用全 速系统时钟运行 电流为电流为运行模式 的 运行模式 的35-75% Post-Scaler CPU RAM Flash Slide 41

22、 CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer1 INT0 VDDVDDCOREVREG SOSC Post-Scaler nanoWatt XLP 空闲模式空闲模式 CPU关闭关闭 外设保持开启外设保持开启 电流为电流为运行模式运行模式 的的25% CPU Slide 42 nanoWatt XLP 空闲和打盹模式空闲和打盹模式 应何时使用空闲或打盹模式？应何时使用空闲或打盹模式？ 替换while(!Interrupt)循环 在等待外设事件或中断时降低速度在等待外设事件或中断时

23、降低速度 处于低功耗模式时间短，要求非常快速的唤醒 例如，唤醒时间小于例如，唤醒时间小于1个指令周期个指令周期 转换过渡时间最短转换过渡时间最短 在DMA传输期间 当应用必须连续采样或通信时 Slide 43 nanoWatt XLP 休眠模式休眠模式 不使用内部稳压器时不使用内部稳压器时 电流为电流为50-100 nA 使用内部稳压器时电 流为 使用内部稳压器时电 流为3-5 A 系统时钟和系统时钟和CPU关闭关闭 RAM保持供电保持供电 稳压器保持供电稳压器保持供电 一些外设可配置为在 休眠模式下运行 一些外设可配置为在 休眠模式下运行 CPU RAM Flash INTRC HS INT

24、RC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer1 INT0 VDDVDDCOREVREG SOSC Post-Scaler CPU Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC SOSC Post-Scaler Slide 44 nanoWatt XLP 深度休眠模式深度休眠模式 unsigned char A,B; unsigned int C; void main (void) A = 2; B = 4; C = (unsigned int)A * (unsigned int)B; Slide 51 系统

25、注意事项系统注意事项 指令效率指令效率 使用编译器和带跑表功能、精度达周期级的软件模拟器对应用执行 时间进行基准测量 使用编译器和带跑表功能、精度达周期级的软件模拟器对应用执行 时间进行基准测量 注：注： 竞争产品的16位MCU系列以16 MIPS工作速度与代码长度折衷值= 5 PIC24F系列以16 MIPS工作，使用用于PIC24F的MPLABC编译器，优化级别为O3 0 1 2 3 4 5 6 A2T FFT FIR IFFT BaseFP Bit Manipulation CAN IDCT IIR Pointers PWM Rspeed TBL look up TTSpark Matr

26、ix Arith Industry Standard Benchmark Algorithms Normalized Execution Time PIC MCU Competitor Slide 52 系统注意事项系统注意事项 电池选择电池选择 电池的化学类型非常关键电池的化学类型非常关键 纽扣型锂电池 自放电电流非常低，保存时间长自放电电流非常低，保存时间长 最大电流限制非常低最大电流限制非常低 内阻高。高峰值电流会降低电压，并影响电池使用寿命内阻高。高峰值电流会降低电压，并影响电池使用寿命 AAA锂电池 使用范围与大多数单片机的电压范围相匹配使用范围与大多数单片机的电压范围相匹配 低内阻

27、。支持高峰值电流低内阻。支持高峰值电流 自放电电流低自放电电流低保存时间长保存时间长 碱性电池 容量高，支持高电流消耗容量高，支持高电流消耗 容量会随电流输出上升而降低容量会随电流输出上升而降低 蓄电池（可充电的镍镉和镍氢电池等） 自放电电流高自放电电流高 即使应用功耗非常低，也需要频繁充电即使应用功耗非常低，也需要频繁充电 Slide 53 系统注意事项系统注意事项 AAA锂电池锂电池 1 2 Source: http:/ 对于在室温（对于在室温（ 20-25 C ）条件下，一个典型的锂电池应用：）条件下，一个典型的锂电池应用： MCU的工作电压小于等于 3V（2 x 1.5V）图中点1 若

28、想电池寿命达到最长则意味着工作电压要低至1.8V（2 x 0.9V）图中点2 最长电池寿命 = 1.8 3.0V （工作电压范围） Slide 54 系统注意事项系统注意事项 60C电池规范电池规范 大部分化学电池均定义在大部分化学电池均定义在60C nanoWatt XLP器件现在的数据手册中包含器件现在的数据手册中包含 60C的规范的规范 Slide 55 系统注意事项系统注意事项 管理外部电路功耗管理外部电路功耗 所有电路始终供电所有电路始终供电 功耗管理依靠各种独立的待机模式功耗管理依靠各种独立的待机模式 模拟 温度 传感器 MCP9700 I2C 串行E2 24AA256 3.3V

29、S2 32 kHz 8 MHz S3 大电流 输出 Slide 56 系统注意事项系统注意事项 管理外部电路功耗管理外部电路功耗 PICMCU可根据需要直接从可根据需要直接从I/O引脚供电引脚供电 对于大电流电路或不同电压可使用对于大电流电路或不同电压可使用FET 模拟 温度 传感器 MCP9700 I2C 串行E2 24AA256 3.3V S2 32 kHz 8 MHz S3 高电流 输出 GPIOGPIO GPIO Slide 57 系统注意事项系统注意事项 降低电压降低电压 降低系统电压会影响动态与静态电流降低系统电压会影响动态与静态电流 针对所需的性能，使用输出电压最低的稳压器针对所

30、需的性能，使用输出电压最低的稳压器 处于休眠或空闲模式时，通过可编程稳压器降低处于休眠或空闲模式时，通过可编程稳压器降低VDD 3.30V 15A3mA 32kHz 11mA 2.50V 8A 2mA Slide 58 系统注意事项 电源电压 系统注意事项 电源电压 一些一些nanoWatt XLP器件基于低电压工艺：器件基于低电压工艺： 内核需要2.5V或1.8V电压 连接至3.3V电源电压或I/O逻辑时需要低压差 稳压器（LDO） 一些一些F系列器件含有内部系列器件含有内部LDO LF系列器件通常不包含系列器件通常不包含LDO 选择有：选择有： 使用具有内部LDO的F系列器件 设计用于2.

31、5V（或1.8V）I/O和电源 采用多个电源 (Regulator Enabled) (no Regulator) Slide 59 系统注意事项系统注意事项 管理管理VDDCORE 仔细选择系统低压差稳压器可以产生较低的静态电流仔细选择系统低压差稳压器可以产生较低的静态电流 PIC18F46J11 LDO的静态电流为3 A MCP1702外部LDO的静态电流为2 A 对于低电流应用，外部对于低电流应用，外部LDO可能是更好的选择可能是更好的选择 MCP1702线性稳压器规范：线性稳压器规范： 2.0 A典型静态电流 2.7V-13.2V输入电压 低压差电压：650mV（典型值）250mA 线

32、调节度为0.2%/V 短路和热关断保护 Slide 60 系统注意事项系统注意事项 最大程度减少最大程度减少RAM 访问访问 读读RAM存储器（数据）需要比读闪存存储器（代码）更多存储器（数据）需要比读闪存存储器（代码）更多 的功耗的功耗 Standard_Routine:/ compiles to 3 instructions while(!_T1IF) i+; 19.1 mA 每次执行循环时，以上程序会读每次执行循环时，以上程序会读_T1IF（Timer1中断标志）中断标志） 和写和写i。 32 MHz时：时： 循环时间为187 ns 在循环中时，测量到的平均电流为19.1 mA 每187

33、 ns读/写RAM两次 该应用是否真的需要该响应时间？ Slide 61 系统注意事项系统注意事项 最大程度减少最大程度减少RAM 访问访问 Low_Power_Routine: / compiles to 8 instructions while(!_T1IF) i+; Nop(); Nop(); Nop(); Nop(); Nop(); 16.4 mA 32 MHz时循环时间为时循环时间为500 ns 每500 ns读/写RAM两次 2.5 mA的显著改善的显著改善 增加增加5条条NOP指令，可降低指令，可降低13%的功耗的功耗 Slide 62 系统注意事项系统注意事项 I/O建议建议

34、对按钮使用内部上拉电阻对按钮使用内部上拉电阻 在进行检测之后，可以禁止内部上拉电阻 使用软件去抖使用软件去抖 以动态处理器电流为代价，消除RC去抖网络静态泄漏电 流 使用高功率使用高功率LED 以远低于额定电流的电流驱动 通过PWM驱动，而不是直接驱动 以低电流驱动的高功率LED仍然会点亮 额定电流为额定电流为25 mA的的LED在电流降至在电流降至100 uA时仍然会点亮时仍然会点亮 Slide 63 系统注意事项系统注意事项 I/O建议建议 使用可能的最大上拉电阻使用可能的最大上拉电阻 控制对梯形电阻网络的供电控制对梯形电阻网络的供电 通过I/O引脚供电，仅在必要时开启 使用低泄漏电流电容

35、使用低泄漏电流电容 钽电容的泄漏电流通常很高 电容为电容为10 F时可高达时可高达1 A 陶瓷电容的泄漏电流最低 电容为电容为10 F时时20 nA 少用旁路电容少用旁路电容 每个旁路电容都会增加泄漏电流 走线要短走线要短 短的走线意味着低的阻抗 Equivalent capacitor model Slide 64 系统注意事项 移除悬空 系统注意事项 移除悬空I/O 悬空悬空CMOS引脚引脚 悬空至VDD/2 高泄漏电流 外部信号会在悬空引脚上产生感应 消除悬空输入引脚消除悬空输入引脚 将未使用的I/O引脚设置为输出 将这些引脚驱动为低电平 典型情形最坏情形典型情形最坏情形 1个悬空引脚个

36、悬空引脚35 A0.5 mA 2个悬空引脚个悬空引脚65 A1 mA 10个悬空引脚个悬空引脚305 A5 mA Slide 65 系统注意事项系统注意事项 缩短唤醒时间缩短唤醒时间 晶振：晶振： 需要1024个周期才能可靠起振 确保晶振起振并稳定确保晶振起振并稳定 是各种温度和起振条件下保证可靠性的极其重要的特性是各种温度和起振条件下保证可靠性的极其重要的特性 32 kHz时至少需要时至少需要32 ms，8 MHz时需要时需要64 s 在某些环境条件起振时间可能大大增加在某些环境条件起振时间可能大大增加 内部内部RC（INTRC）振荡器：）振荡器： 通过INTRC，某些器件的唤醒时间可缩短至

37、1 s-5 s 双速启动模式双速启动模式 采用INTRC唤醒 某些器件的某些器件的INTRC精度为精度为0.25% 当需要PPM级精度时，待稳定后可切换至晶振 Slide 66 系统注意事项系统注意事项 降低动态电流降低动态电流 禁止未用外设禁止未用外设 所有片上外设均具有一些用于禁止的控制位或PMD位 优化编译器代码优化编译器代码 尝试对各种速度、代码长度和RAM使用组合进行优化 寻找在最短代码长度和最少RAM访问下的最快执行速度 对算法的执行时间进行基准测量对算法的执行时间进行基准测量 示例： 在不同平台上，以在不同平台上，以32 MHz工作时的执行时间可能不同工作时的执行时间可能不同 超

38、过超过90%的的PICMCU指令以单周期执行指令以单周期执行 随MPLABIDE免费提供器件软件模拟器 Slide 67 系统注意事项系统注意事项 Lowering Active Current 考虑使用考虑使用SPI外设代替外设代替I2C 对于上拉电阻值较不敏感 速度更快 动态功耗较低动态功耗较低 缩短服务程序的时间缩短服务程序的时间 许多外设（如EEPROM）同时提供这两种类型 Slide 68 系统注意事项系统注意事项 可以改进吗？可以改进吗？ Solution Ahead LED S1 MCP9700 HLVDIN SCL1 SDA1 MCLR Vdd Vdd Vdd Vdd VddV

39、dd Vdd MCLR RA0 RB1 RB2 RB3 Vss RA2 RA3 RB4 RA4 Vdd RB5 RB14 RB13 RA6 RA7 Vdd Vss RB11 RB10 RB7 RB6 HLVDIN LED SCL1 SDA1 MCP9700 S1 Vdd PIC24F16KA102 128 227 326 425 524 623 722 821 920 1019 1118 1217 1316 1415 I2C Slide 69 系统注意事项系统注意事项 可能的解决方案可能的解决方案 LEDS1 MCP9700 HLVDIN SCK1 SDI1 MCLR MCLR RA0 RA6

40、 Vss RA2 RA3 RB4 RA4 Vdd RB5 Vdd Vss RB7 HLVDIN MCP9700 S1 PIC24F16KA102 128 227 326 425 524 623 722 821 920 1019 1118 1217 1316 1415 Vdd LED VCC-MCP9700 Vdd VCC-MCP9700 VCC-HLVD-ENABLE VCC-HLVD VCC-HLVD-ENABLE VCC-HLVD VCC-EE-ENABLE VCC-EE VCC-EE VCC-EE VCC-EE Vdd Vdd VCC-EE-ENABLE SDO1 EE-CS SCK1

41、SDI1 SDO1 EE-CS RB14 RB9 RB8 SPI RB6 使用内部上拉电阻使用内部上拉电阻 使用软件去抖使用软件去抖 用用SPI代替代替I2C 通过通过I/O引脚或引脚或FET给电给电 仅在需要时开启，然后轮询 （ 仅在需要时开启，然后轮询 （ poll） 将上拉电阻阻值增 加到 将上拉电阻阻值增 加到10倍倍 计算可能的最大电阻值计算可能的最大电阻值 PWM代替直接驱动代替直接驱动 欠驱动高亮度欠驱动高亮度 LED 将上拉电阻阻值增加到将上拉电阻阻值增加到10 倍倍 仅在需要时开启，然后轮询 （ 仅在需要时开启，然后轮询 （ poll） 对于大电流负载， 通过 对于大电流负载

42、， 通过FET 供电供电 对于大电流负载，通过对于大电流负载，通过FET 供电供电 将未使用的将未使用的I/O引脚配置为输出 并驱动为低电平 引脚配置为输出 并驱动为低电平 用陶瓷电容代替钽电容用陶瓷电容代替钽电容 Slide 70 深度休眠深度休眠 Slide 71 深度休眠深度休眠 什么是深度休眠（什么是深度休眠（DS）？）？ 功耗管理的最后一张王牌功耗管理的最后一张王牌 关闭以下部分的电源：关闭以下部分的电源： 内核、外设、SRAM和稳压器 最低功耗模式：最低功耗模式： 电流低至13 nA 深度休眠期间开启RTCC的电流 低至500 nA I/O引脚保持供电，并在深度休眠期间引脚保持供电

43、，并在深度休眠期间 保持引脚状态保持引脚状态 特定外设仍然工作，并且可以从深度 休眠中唤醒 特定外设仍然工作，并且可以从深度 休眠中唤醒 Slide 72 深度休眠深度休眠 它与休眠有何区别？它与休眠有何区别？ 消耗的功耗可比休眠时低消耗的功耗可比休眠时低90% SRAM不可用不可用 深度休眠期间不保留寄存器 用于现场保护的特殊寄存器用于现场保护的特殊寄存器 深度休眠期间提供两个寄存器以保留数据 闪存或EEPROM仍可使用 内部低压差稳压器（内部低压差稳压器（LDO）关闭）关闭 不是所有器件都有LDO 从深度休眠唤醒会导致上电复位从深度休眠唤醒会导致上电复位 从复位向量处继续执行 SFR复位为

44、默认值 RCON位由硬件置1 活动活动休眠休眠 深度深度 休眠休眠 功耗功耗 Slide 73 深度休眠深度休眠 休眠与深度休眠比较休眠与深度休眠比较 低功耗模式休眠深度休眠低功耗模式休眠深度休眠 定义定义内核电源关闭，一些外设可 以工作， 内核电源关闭，一些外设可 以工作，RAM数据保留 内核、外设、 数据保留 内核、外设、SRAM和稳压 器电源关闭 和稳压 器电源关闭 唤醒源唤醒源 RTCC 看门狗定时器看门狗定时器 欠压复位 中断引脚 欠压复位 中断引脚 ULPWU 上电复位 复位引脚（ 上电复位 复位引脚（MCLR） 外设 ） 外设 UART（RX） DS RTCC 深度休眠看门狗定时

45、器深度休眠看门狗定时器 深度休眠欠压复位深度休眠欠压复位 INT0 ULPWU 上电复位 复位引脚（ 上电复位 复位引脚（MCLR） 唤醒时间唤醒时间 较短（典型值为较短（典型值为1-5 S）较长（与）较长（与POR相同）相同） 引脚状态引脚状态 保持保持保持保持 RAM状态状态 保持保持两个字保持保持两个字 功耗 工作时间 功耗 工作时间 休眠 深度休眠 休眠 深度休眠 功耗曲线功耗曲线 运行运行 Slide 74 深度休眠 深度休眠何时有用？ 深度休眠 深度休眠何时有用？ 当应用在以下情况时：当应用在以下情况时： 在应用周期中不活动状态比例高 一般为超过一般为超过1s 长时间处于不活动状态

46、 需要精确计时的同时使电流最低 运行在极端温度下 需要较少的工作外设 Slide 75 深度休眠深度休眠 深度休眠何时有用？深度休眠何时有用？ PIC24F16KA102 25 C规范典型Ipd 1.8V 60 C规范最大Ipd 1.8V 电流（电流（nA） 25 C 60 C 如果应用在较高温度下工作，可使用深度休眠：如果应用在较高温度下工作，可使用深度休眠： 20 nA 430 nA 深度休眠深度休眠 25 nA 870 nA 休眠休眠 Slide 76 深度休眠深度休眠 深度休眠期间的操作？深度休眠期间的操作？ RTCC 继续计时 RTCC引脚可选择性地每秒输出 I/O引脚引脚 保持状态

47、 特殊深度休眠寄存器保留数据：特殊深度休眠寄存器保留数据： DSGPR0深度休眠通用寄存器0 DSGPR1深度休眠通用寄存器1 RTCC实时时钟/日历 DSBOR（深度休眠欠压复位）（深度休眠欠压复位） 深度休眠期间监视VDD DSWDT（深度休眠看门狗定时器）（深度休眠看门狗定时器） Slide 77 深度休眠 损益平衡时间 深度休眠 损益平衡时间 损益平衡时间损益平衡时间 深度休眠会关闭内核、SRAM和稳压器的电源 深度休眠唤醒时： 稳压器上电稳压器上电 POR周期完成周期完成 时钟启动时钟启动 现场恢复现场恢复 唤醒时间成为主要因素 若休眠时间较短，则标准休眠模式可能是更好的选择 定义定义 损益平衡时间损益平衡时间 深度休眠总功耗低于标准休眠功耗的时间点。深度休眠总功耗低于标准休眠功耗的时间点。 Slide 78 深度休眠 唤醒时间的组成元素 深度休眠 唤醒时间的组成元素 VREG 启动时间启动时间 典型为10 s 当使用带内部LDO的器件时需要 上电时间上电时间 典型为72 ms 时钟启动时间时钟启动时间 晶振启动需要N ms 谐振器启动时间为100 s-200 s 双速启动双速启动 快速RC振荡器启动需要1 s-5 s的时间，精度为0.25% 在等待晶振稳定的同时执