有哪些低功耗设计方法?单片机系统低功耗设计要点介绍

功耗，已经是一个老生常谈的话题了。对于功耗，大家多多少少有所了解。目前，很多产品的宣传里便带有低功耗噱头。为增进大家对功耗的认识，本文将基于两点介绍功耗：1.低功耗主要设计方法，2.单片机系统低功耗设计要点。如果你对功耗具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、低功耗设计方法

1. 并行结构

并行结构是将1条数据通路的工作分解到2条通路上完成。并行结构降低功耗的主要原因是其获得与参考结构相同的计算速度的前提下，其工作频率可以降低为原来的1/2，同时电源电压也可降低。并行电路结构是以牺牲芯片的面积来降低功耗。如果采用并行结构，可以使工作频率降为 /2，最坏情况下的延迟可以达到2 ，假定电源电压降低为 /1.8，由于电路的加倍和外部布线的增加，其等效的电容为2 。

2. 流水结构

电路流水就是采用插人寄存器的办法降低组合路径的长度，达到降低功耗的目的。一个先相加再比较的电路中间插人流水线寄存器的流水结构。加法器和选择器处在2条不同的组合路径上，电路的工作频率没有改变，但每一级的电路减少，使电源电压可以降低。假设电源电压为 /1.8，由于加入了流水线寄存器，等效电容变为原来的1.2 。则:由上式可见，采用流水线结构也可以显著地降低功耗。

电路流水化和并行化可以达到降低功耗的目的，这是因为设计者可以选择电路的工作电压。如果电路工作电压固定，2种方法只能提高电路的工作速度，但功耗将相应地有所增加。

3. 编码优化

一般可采用One-Hot码、格雷码和总线反转码降低片上系统总线的功耗。

One-Hot码在一个二进制数中只允许1个数位不同于其他各数位的值;格雷码在任何2个连续的数字其对应的二进制码只有1位的数值不同。由于在访问相邻的2个地址的内容时，其跳变次数比较少，从而有效地减少了总线功耗。总线反转码是在传输数据时考虑相邻数据之间的关系来决定传输的格式。当发送部件向总线上传输第 个数据时，会将它和 进行比较，根据比较的结果来决定发送 还是 ，从而减少总线的有效翻转数，进而减少系统的功耗。

二、单片机系统低功耗设计要点

要满足单片机系统的低功耗要求，选用具有低功耗特性的单片机可以很容易实现。因为具有低功耗特性的单片机可以大大降低系统功耗，这可以从单片机的供电电压、内部结构、系统时钟和低功耗模式等几方面来考察一款单片机的低功耗特性。一般来讲，用户在选择技术供应商和产品过程中，需要对下面的一些重要硬件参数进行更加深入的考量：

1. 选择简单的CPU内核

选择CPU内核时切忌一味追求性能，以“够用就好”为原则。8位机够用，就没有必要选用16位机、32位机;单片机的运行速度越快，往往其功耗也越大。一个CPU越复杂、集成度越高、功能越强，片内晶体管越多，总漏电流也越大，即使进入STOP状态，漏电流也会变得不可忽视;而简单的CPU内核不仅功耗低，成本也低。

2. 选择低电压供电的单片机系统

单片机系统的供电电压低，可以有效地降低其系统功耗。由于半导体制造工艺的发展，现在单片机的供电电压从5V供电降低到3.3V、3V、2V乃至1.8V。供电电压低，不紧可以降低单片机的功耗，还可以降低单片机外围电路的功耗。

3. 选择带有低功耗模式的单片机系统

低功耗模式指的是系统的Idle、Stop和Suspend等模式。处于这些模式下的功耗将远远小于正常运行下的功耗。Idle模式下，CPU停止工作，但内部系统时钟并不停止，单片机的外围I/O模块也不停止工作;系统功耗一般降低有限，相当于工作模式功耗的50%左右。

如果在CPU进入Stop模式时，将各个模拟外设关掉，这时的功耗可以降低到nA级。但是在Stop模式下，CPU被唤醒后要重新对系统作初始化，所有特殊功能寄存器的内容将被重新初始化。这在某些低功耗应用场合需要注意。

Suspend模式下，CPU、内部系统时钟停止工作，I/O模块等被悬挂起来，片内RAM中存储的数据将被保持，CPU的功耗可以降低到nA级，由唤醒事件唤醒。当CPU被唤醒后，系统不会被CPU复位，继续从进入Suspend模式的地方开始执行程序。这是一种非常理想的低功耗模式。

在硬件层面来说，对上面的这些参数进行仔细衡量是十分必要的，除此之外，选择合适的时钟方案和使用每MIPS功耗来衡量MCU的低功耗性能也是非常关键的。

以上便是此次小编带来的“功耗”相关内容，通过本文，希望大家对介绍的知识具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!