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有效延長可攜式應用電池壽命的技巧

上網時間: 2006年09月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:可攜式應用  電池壽命  微控制器  電流消耗  MCU 

可攜式應用而言,電池壽命至關重要。正如煙霧探測器、安全設備和自動調溫器等應用,工廠原裝的電池需能維持長達10年以上的工作時間。因此,延長電池壽命已成為可攜式應用設計中的關鍵組成部份。

為了最大程度地延長電池壽命,設計師需要將系統的平均電流消耗降至最低。要實現這個目的,採用多種低功耗工作模式及選用合適的零組件就非常重要。就低功耗工作模式而言,其中就包括切斷模式和即時時脈待機作業模式。而主要的零組件包括:微控制器(MCU)、電源和訊號鏈路元件。由於各種MCU在成本、週邊設備設計、CPU架構及晶片上資源整合度等方面的差異日益漸多,要為具體應用選擇一款最佳的MCU變得更具挑戰性。

對可攜式產業測量應用而言,要挑選出最適合的MCU,必須優先考慮個中的關鍵應用需求,如擁有更長的電池壽命、高性能類比週邊設備和豐富的用戶介面。以下將探討一些實現最長電池壽命的技巧,供設計人員參考。

建議的方法

•盡量將待機模式的電流消耗降至最低。在許多可攜式應用中,在超過99%的時間內,CPU都處於空閒狀態。這種情況下,電流消耗會逐漸向空閒模式過渡,在這種模式下,既可以進入完全切斷模式或等待外部中斷直至被喚醒的模式,又可利用定時器進行即時時脈作業。

•選用喚醒時間最短的MCU。MCU在工作模式下電流消耗最大。在MCU喚醒過程中,也就是從空閒模式進入工作狀態時,CPU消耗的卻是數值要高出很多的工作模式電流。因此,設計人員應該考慮選用喚醒和程式碼執行速度越快越好的MCU。一般而言,我們將從產生中斷到時脈恢復快速穩定執行之間的這段時間定義為喚醒時間。在圖中,德州儀器MSP430F20x1的中斷喚醒時間少於200奈秒。

•採用低功耗欠壓重置(BOR)保護。任何可攜應用都需要BOR或低壓檢測功能,以確保在電源電壓降至低於規定值時,系統能自動重置。許多MCU都具備欠壓保護功能,但也額外增加了20至70微安的電流消耗。由於此項保護功能必須一直處於工作狀態,設計人員應考慮採用低功耗的BOR功能。例如,TI的MSP430 16位元MCU就具有‘零’功耗欠壓重置保護功能。

•盡可能提高整合度。某些MCU整合的功能使你無須在板上採用高解析度A/D轉換器、運算放大器和12位元D/A轉換器。這些整合功能可進行暫存器通訊,因而取代了電流消耗更大的串列通訊。在電路板上添加任何零組件,都會導致漏電流增大。

不建議的方法

•僅依靠一項規格的首頁資料,就選定一款MCU。設計人員必須仔細閱讀完整數據手冊,留意最壞條件下的工作溫度、極限參數和工作電壓。

•想當然地認為不同供應商的MCU的工作模式都差不多。實際上,MCU的電流消耗值會因不同供應商而異。例如,某家MCU供應商也許就不會提供在某種特定工作條件下所常見的全部功能。

•採用多種電源。某些設計需要採用多種電源或複雜電源。由於電源在大多數情況下都要持續工作,使用低壓差穩壓器或升壓轉換器可能導致高昂的代價,因為它不僅增加了成本,還導致平均電流消耗更大。可以考慮採用3V電源供電。

•採用輪詢監控。某些MCU建議採用無限循環,這樣就可循環監控你要監控的所有週邊設備。這是一種低效方法,它加大了CPU負載,並增加了電流消耗。請考慮採用具有優異中斷功能支援的MCU。例如,有些低功耗MCU擁有支援多達兩個8位元埠的中斷向量,而其它一些MCU則只支援極少數的I/O。

•不當使用CPU。建議是仔細閱讀用戶手冊,確保充分利用MCU提供的特性。必須意識到,每執行一行無用程式碼,就會浪費一些電池電量。一款低功耗MCU應該具有這樣的硬體特性:當週邊設備執行無須任何處理工作的特定任務時,應使CPU保持在切斷狀態。以自動掃描為例,A/D轉換器能自動掃描不同通道,並將數值儲存在臨時緩衝器、快閃記憶體或RAM中,而無須涉及CPU。


圖:可攜式應用應採用喚醒時間短的MCU,以節省電流消耗

作者:Juan Alvarez

MSP430微控制器經理

德州儀器




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