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您真的了解睡眠模式对超低功耗无线MCU有多重要吗?


【导读】支持蓝牙低功耗 (LE) 的设计可让设备长时间处于非工作状态,因此,您可能需要选用具有超低功耗睡眠模式的高能效无线微控制器 (MCU),这对于优化整体系统性能至关重要。


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设计人员应当仔细选择采用蓝牙低功耗技术的 MCU 的规格,确定超低功耗的真正含义。这不是对照数据表确定最低电流消耗值,针对应用寻求最佳解决方案并非易事。睡眠模式(又称低功耗模式或休眠模式)不仅意味着低电流,还需考虑以下几个因素:


● 电流消耗

● 唤醒源

● 保留内存

● 唤醒时间

● 能够读取外部传感器


01 电流消耗


睡眠模式下电流消耗少当然很好,并且越少越好,但设计人员还必须考虑睡眠模式期间的可用功能。为实现睡眠模式下最低功耗,除了硬件需要单个唤醒源,所有可以关闭的硬件模块均应关闭。通常,通用输入/输出 (GPIO) 唤醒源可提供最低睡眠电流,但将 GPIO 作为唯一的唤醒源是否适合您的应用?如果适合,才能获得最低睡眠电流。


02 唤醒源


如果 GPIO 唤醒源不足以满足应用需求,则应深入研究睡眠模式的功能,寻找其他可用的唤醒源。您的应用可能需要同时具有多个唤醒源,例如定时器、模拟比较器或其他子系统事件。然而,在睡眠模式下启用的功能会增加电流消耗,设计人员应当审慎思考,通观全局,而非仅关注数据表中的最低睡眠电流值。


03 保留内存


保留内存在睡眠模式下也会消耗大量电流。保留内存并非始终必需,仅在应用有任务调度程序、实时操作系统 (RTOS) 或保持无线连接时为必要选项。需要保留多少内存具体取决于应用需求、无线堆栈和硬件设计。我们可以从硬件设计入手,如果内存电路设计为全部保留或不保留,将会为大量未使用的内存供电。如果粒度太低,比如 1 KB,硬件电源开关的数量就会很多,导致漏电功耗增加。一般而言,实践中常采用 8 KB,这一粒度可满足需求,且复杂性低,漏电较少。无线堆栈应尽量减少保持连接时所需的内存,且应用设计也应限制保留内存量。


04 唤醒时间


唤醒时间(从睡眠模式中唤醒所需的时间)与保留内存密切相关。当然,应用必须尽快启动并响应,但唤醒时间也会影响功耗。唤醒时间越短,就可以更快地完成处理工作并再次进入睡眠状态。保留内存能提高唤醒速度,但也会增加睡眠电流。因此,设计人员应理性判断,洞见本质,了解应用的关键细节。


05 读取外部传感器


最后,除了睡眠和唤醒,睡眠模式还能拥有其他功能吗?大多数无线 MCU 可以在睡眠模式下使用实时时钟 (RTC),有些则提供了更令人兴奋的选项——读取外部传感器!如果您的应用需要监测传感器,并且一直保持睡眠模式,仅在传感器达到阈值时才会唤醒。目前有些无线 MCU 能够满足这种需求。


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图 1:RSL15 MCU 数据表


硬件和固件系统设计工程师须全面透彻地了解睡眠模式,才能打造出高效的超低功耗无线 MCU,仔细考虑电流消耗、唤醒源、内存保留、唤醒时间和传感器监测功能,为互联设备、智能家居、智能建筑、智能工业、智能城市等应用定制最佳系统设计方案。



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