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超低功耗無線 MCU:玩轉(zhuǎn)睡眠模式

2023/06/30
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支持藍(lán)牙低功耗 (LE) 的設(shè)計可讓設(shè)備長時間處于非工作狀態(tài),因此,您可能需要選用具有超低功耗睡眠模式的高能效無線微控制器 (MCU),這對于優(yōu)化整體系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)選擇采用藍(lán)牙低功耗技術(shù)的 MCU 的規(guī)格,確定超低功耗的真正含義。這不是對照數(shù)據(jù)表確定最低電流消耗值,針對應(yīng)用尋求最佳解決方案并非易事。睡眠模式(又稱低功耗模式或休眠模式)不僅意味著低電流,還需考慮以下幾個因素:

  • 電流消耗
  • 喚醒源
  • 保留內(nèi)存
  • 喚醒時間
  • 能夠讀取外部傳感器

電流消耗

睡眠模式下電流消耗少當(dāng)然很好;并且越少越好,但設(shè)計人員還必須考慮睡眠模式期間的可用功能。為實現(xiàn)睡眠模式下最低功耗,除了硬件需要單個喚醒源,所有可以關(guān)閉的硬件模塊均應(yīng)關(guān)閉。通常,通用輸入/輸出 (GPIO) 喚醒源可提供最低睡眠電流,但將 GPIO 作為唯一的喚醒源是否適合您的應(yīng)用?如果適合,才能獲得最低睡眠電流。

喚醒源

如果 GPIO 喚醒源不足以滿足應(yīng)用需求,則應(yīng)深入研究睡眠模式的功能,尋找其他可用的喚醒源。您的應(yīng)用可能需要同時具有多個喚醒源,例如定時器模擬比較器或其他子系統(tǒng)事件。然而,在睡眠模式下啟用的功能會增加電流消耗,設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)審慎思考,通觀全局,而非僅關(guān)注數(shù)據(jù)表中的最低睡眠電流值。

保留內(nèi)存

保留內(nèi)存在睡眠模式下也會消耗大量電流。保留內(nèi)存并非始終必需,僅在應(yīng)用有任務(wù)調(diào)度程序、實時操作系統(tǒng) (RTOS) 或保持無線連接時為必要選項。需要保留多少內(nèi)存具體取決于應(yīng)用需求、無線堆棧和硬件設(shè)計。我們可以從硬件設(shè)計入手,如果內(nèi)存電路設(shè)計為全部保留或不保留,將會為大量未使用的內(nèi)存供電。如果粒度太低,比如 1 KB,硬件電源開關(guān)的數(shù)量就會很多,導(dǎo)致漏電功耗增加。一般而言,實踐中常采用 8 KB,這一粒度可滿足需求,且復(fù)雜性低,漏電較少。無線堆棧應(yīng)盡量減少保持連接時所需的內(nèi)存,且應(yīng)用設(shè)計也應(yīng)限制保留內(nèi)存量。

喚醒時間

喚醒時間(從睡眠模式中喚醒所需的時間)與保留內(nèi)存密切相關(guān)。當(dāng)然,應(yīng)用必須盡快啟動并響應(yīng),但喚醒時間也會影響功耗。喚醒時間越短,就可以更快地完成處理工作并再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。保留內(nèi)存能提高喚醒速度,但也會增加睡眠電流。因此,設(shè)計人員應(yīng)理性判斷,洞見本質(zhì),了解應(yīng)用的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

最后,除了睡眠和喚醒,睡眠模式還能擁有其他功能嗎?大多數(shù)無線 MCU 可以在睡眠模式下使用實時時鐘 (RTC),有些則提供了更令人興奮的選項——讀取外部傳感器!如果您的應(yīng)用需要監(jiān)測傳感器,并且一直保持睡眠模式,僅在傳感器達(dá)到閾值時才會喚醒。目前有些無線 MCU 能夠滿足這種需求。

安森美(onsemi)的無線 MCU RSL15 支持超低睡眠電流和調(diào)制解調(diào)器藍(lán)牙應(yīng)用的配置要求,具備 GPIO 喚醒、睡眠智能感應(yīng)模式讀取傳感器等功能,兼具超低功耗和設(shè)計靈活性,可滿足您的應(yīng)用需求。圖 1 顯示 RSL15 的最低睡眠電流僅為 36 nA。

圖 1:RSL15 MCU 數(shù)據(jù)表

硬件和固件系統(tǒng)設(shè)計工程師須全面透徹地了解睡眠模式,才能打造出高效的超低功耗無線 MCU,仔細(xì)考慮電流消耗、喚醒源、內(nèi)存保留、喚醒時間和傳感器監(jiān)測功能,為互聯(lián)設(shè)備、智能家居、智能建筑、智能工業(yè)、智能城市等應(yīng)用定制最佳系統(tǒng)設(shè)計方案。

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安森美

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歷史安森美半導(dǎo)體前身是摩托羅拉集團的半導(dǎo)體元件部門,于1999年獨立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標(biāo)準(zhǔn)模擬和標(biāo)準(zhǔn)邏輯等器件。并購紀(jì)錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國俄勒岡州Gresham的LSI Logic設(shè)計和制造設(shè)施。2008年一月,以184M美元完成收購美國模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機的子公司三洋半導(dǎo)體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導(dǎo)體和富士通半導(dǎo)體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務(wù)協(xié)議,及日本會津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權(quán)益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導(dǎo)體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導(dǎo)體公司。2016年八月,安森美半導(dǎo)體宣布已就出售點火IGBT業(yè)務(wù)給 Littelfuse 達(dá)成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關(guān)型晶閘管產(chǎn)品線,售價共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導(dǎo)體完成收購飛兆半導(dǎo)體公司。產(chǎn)品安森美半導(dǎo)體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務(wù);定制ULP存儲器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動器;電壓和電流管理邏輯:時鐘產(chǎn)生;時鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲器;微控制器;標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號管理:放大器和比較器;模擬開關(guān);音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計;EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導(dǎo)體的各個產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國:上海德國:慕尼黑中國臺灣:臺北美國:加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國:首爾設(shè)計中心美國:亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯?。ˋustin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達(dá)荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達(dá)荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時:梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國:圖盧茲(Toulouse)德國:慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國:首爾中國臺灣:臺北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(dá)(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國:亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達(dá)荷州波卡特洛、愛達(dá)荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時:奧德納爾德捷克:Roznov中國:樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國:富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社

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