MCU实现低功耗的方法、分类及注意事项

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编排 | strongerHuang

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对于使用电池供电的产品，特别是有些要求用一节（颗）电池工作1年，甚至几年的产品。这种产品平均电流要求很低，基本在uA或nA级别。

我在之前公司做过很多用电池供电的产品，这些产品有一个共同的特性：要求待机时电流非常低。

下面我就结合自己工作经验以及市面上相关产品，描述关于低功耗设计注意事项，以及实现低功耗的方法。

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待机分类说明

低功耗产品通常要求待机功耗低，有的产品要求待机时0功耗，有的产品要求待机时多个外设模块交替工作，或者同时工作。

1.待机0功耗

待机时0功耗的产品，只要保证在工作时的功耗不要太大即可。如果待机时0功耗，工作的时间也很短，那么平均功耗就很低。

像待机0功耗，工作时间短这类产品在低功耗设计方面要求其实不高，需要投入的研发其实也相对不多。

比如电视机（按键）遥控板：

这种产品待机时0功耗，通过按键唤醒，唤醒之后工作几毫秒（不同型号时间有差异）又进入低功耗状态。

实现原理：

通过按键上电，启动MCU，执行工作，执行完任务，通过MCU控制总电源断电。

也就是：通过外部开启电源，通过内部控制断电的机制实现。

2.间歇待机

有些产品是间歇性待机，比如：工作1ms，待机499ms。

比如IC卡设备：

IC卡设备如果一直处于寻卡工作状态，电流其实相对较大，而很多时候都没有IC来感应。

实现原理：

这种产品，可以间隔0.25s，或者0.5s来感应（寻卡）一次，同时不会给人带来“卡顿”的感觉。（寻卡工作的时间其实很短）

（图片来自网络）

同理，类似的产品还有很多，比如无线遥控天然气、水表等。

这种做法目的是为了让产品功耗更低，但人看起来产品一直在工作。

3.长期待机

有些产品的MCU是通过外围设备唤醒，比如通过触摸按键唤醒产品。

这种产品相对上面两种难度更大，要同时保证MCU内部资源，以及外部资源在工作和待机时功耗都要尽量低。

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实现低功耗的方法

结合上面产品的描述可以总结几点实现低功耗的方法。

1.控制电源开关

通过控制系统总电源、（高功耗）外围模块电源的开关，特别是使用频率低、功耗大的外围模块，在需要时才开启。

2.控制MCU内部外设

有些MCU产品的外设在上电时默认是开启的（比如STM8S），不用的外设一定要关闭，在需要时才开启。

3.控制时钟频率

这里说的控制时钟频率不单纯是降频，是根据实际工作情况（工作模式、时长等）调整频率。

有些产品它在执行任务A时，要求快速处理（不如跑一段算法），则需要调整到更高的频率；

而在执行任务B时，处理简单事情（比如控制LED亮灭），则需要将时钟调整到很低状态。

同时，还需要结合工作时长，比如上面任务A，如果时间很长，这个频率也需要综合考虑。

4.控制IO状态

现在MCU基本都有多种状态：

• 模拟输入
• 浮空输入
• 下拉输入
• 上拉输入
• 开漏输出
• 推挽输出
• 复用开漏输出
• 复用推挽输出

在低功耗状态、工作过程都需要设置成合理状态。比如通常在待机时，将不用的引脚设置成模拟输入。

5.检查硬件

检查是否存在漏电流，比如不合格电容、电阻等器件。

还有虚焊或板卡上存在残留焊锡等情况，都会导致功耗增加。

（还有更多方法这里就不一一列举了，反正低功耗产品设计的坑比较多，做过低功耗产品开发的读者应该深有体会）

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