MCU功耗与何有关?如何选择低功耗MCU产品?

在前两篇功耗文章之中，小编对FPGA功耗的来源，以及FPGA的低功耗设计有所阐述。为增进大家对功耗的认识程度，本文将会介绍如何去选择MCU低功耗产品。如果你对功耗，抑或是低功耗具有兴趣，不妨和小编一起继续往下阅读哦。

一、MCU介绍

MCU，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中，又可按字长分为4位、8位、16/32位，虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下，8位、16位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16/32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。

二、如何选择低功耗MCU

时钟系统是MCU功耗的关键。应用可以每秒多次或几百次进入与退出各种低功耗模式。进入或退出低功耗模式以及快速处理数据的功能极为重要，因为 CPU会在等待时钟稳定下来期间浪费电流。大多低功耗 MCU 都具有"即时启动"时钟，其可以在不到 10～20us 时间内为 CPU 准备就绪。但是，重要的是要明白哪些时钟是即时启动、哪些非即时启动的。某些 MCU 具有双级时钟激活功能，该功能在高频时钟稳定化过程中提供一个低频时钟(通常为32768Hz)，其可以达到 1 毫秒。CPU 在大约 15us 时间内正常运行，但是运行频率较低，效率也较低。如果 CPU 只需要执行数量较少的指令的话，如：25 条，其需要 763us。CPU 低频比高频时消耗更少的电流，但是并不足于弥补处理时间的差异。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒时间内就可以为 CPU 提供高速时钟，处理相同的 25 条指令仅需要大约 9us(6us 激活+25 条指令′0.125us指令速率)，而且可以实现即时启动的高速串行通信。

事件驱动功能与时钟系统的灵活性并存。中断会使 MCU 退出低功耗模式，因此，MCU 的中断越多，其防止浪费电流的 CPU 轮询与降低功耗的灵活性就越大。轮询意味着进行与不进行功耗预算之间存在差异，因为它在等待出现事件时会浪费CPU 带宽并需要额外电流。一个好的低功耗 MCU 应具有充分的中断功能，为其所有外设提供中断，同时为外部事件提供众多外部中断。

按钮或键盘应用可以证明外部中断的优势。如果不具备中断功能，MCU 必须频繁轮询键盘或按钮，以确定其是否被按下。不仅轮询自身会消耗功率，而且控制轮询间隔也需要定时器，其会消耗附加电流。相比而言，在具备中断情况下，CPU 可以在整个过程中保持睡眠状态，只有按下按钮时才激活。

在选择低功率 MCU 时，还需要考虑外设功耗与电源管理。某些低功率 MCU 仅仅是设计时不具备低利率功能的旧架构的改进版本。而有些 MCU 在设计时即具备低功耗特性，并在其外设中内置了低功耗功能。一种特性是在需要时单独启动或关闭外设的能力，换言之，更重要的是自动启动或关闭外设的能力。 A/D 转换器就是一个例子，其在完成一次转换后可以自动关闭。另外，某些 MCU 正在引入直接存储器存取功能，其可以在无需 CPU 干预情况下自动处理数据。

大多 MCU 具有集成的掉电保护功能，当电源低于正常操作范围时其可以复位 MCU。通常会提供启动或关闭掉电保护以节省功耗的功能，但是必须在整个过程中都使掉电保护功能置于可用状态，因为掉电是不可预测的。某些 MCU 需要70uA 的电流来实现掉电保护。在只需要 45uA 平均电流的应用实例中很明显可以不考虑这些 MCU。

在选择低功耗 MCU 期间有时会忽视漏电流，但是，在最苛刻的低功耗应用中则必须考虑到漏电流。大多改进后的低功耗 MCU 都具有 1uA 的限定输入漏电流。在 20 输入器件中，它可能会消耗 20uA!针对低功耗设计的最新 MCU 具有最高50nA 的漏电流。

以上便是此次小编带来的“功耗“相关内容，通过本文，希望大家对如何选择低功耗MCU产品具备一定的了解。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!