突破电路设计桎梏　32位元MCU功耗再降

　　运行、待机和唤醒时间不容忽视

　　在系统级要兼顾低功耗及高效能，必须考虑实际应用面的需求，如无线环境感测器可能让MCU主时脉及CPU关闭，只开启低频时脉，定时唤醒周边电路进行侦测；当符合设定条件的事件发生时，快速启动CPU进行处理；即使没有任何事件发生，也必须定时唤醒CPU，维持无线感测器网路的连线。

　　在遥控器的应用中，则可能完全将所有时脉源都关闭，当使用者按键时，快速唤醒时脉源及CPU进行处理。另外，许多应用都会加入一个MCU做为主处理器的辅助处理器，用于监控键盘或红外线输入、刷新显示器、控制主处理器电源及智慧电池管理等任务。此时，平均功耗比单纯的运行功耗或待机功耗，更具指标性意义。

　　平均功耗由运行功耗和运行时间、静态功耗和待机时间，以及不同运行模式之间的切换时间等主要参数组合而成。兹以图1进行说明。

　　图1 不同运行时间电流大小的变化

　　平均电流（IAVG）=（I1xT1+I2xT2+I3xT3+I4xT4+I5xT5+I6xT6）/（T1+T2+T3+T4+T5+T6）

　　因为进入待机模式时间很短，忽略此段时间的电流消耗，公式可以简化为：

　　平均电流（IAVG）=（I1xT1+I3x 3+I4xT4+I5xT5+I6xT6）/（T1+T3+T4+T5+T6）

　　由以上公式观察到，除了降低运行电流及静态待机电流外，降低运行时间、唤醒时间及高低速运行模式切换时间，亦为降低整机功耗的重要手段。另外，图1同时指出，低功耗MCU支援动态切换运行时脉频率是必要的功能。

　　实现低功耗MCU设计　开发商考量须面面俱到

　　低功耗MCU设计考量包括制程选择、低功耗/高效能CPU核心、低功耗数位电路、支援多种工作模式、电源系统、丰富的唤醒机制/快速唤醒时间、低功耗类比周边与记忆体等，以下将进一步说明之。

　　制程选择至关重要

　　为了达到低功耗的运作，并能有效地在低耗电待机模式下，达到极低的待机功耗，制程的选择极为重要。在不强调速度极致的某些制程分类，选择极低元件截止电流制程（图2）进行逻辑闸制作，并进行数位设计是方法之一。

　　图2 不同制程元件截止和晶片待机电流变化

　　选择这种策略的额外效益是，通常也能降低动态操作电流，达到较佳的表现。另外，由于高温大幅增加静态电流，当温度由摄氏25度增加到摄氏85度时，一个典型比例约增加十倍的静态电流。以非低功耗0.18微米制程，开发逻辑阀门数200K、4KB SRAM的32位元MCU为例，在核心电压1.8伏特、摄氏25度的静态耗电约为5？10微安培；当温度升高到摄氏85度时，静待电流将会飙高到50~100微安培；而若采用低功耗制程，在摄氏85度时，静态电流仅约10微安培。