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超低功耗无线 MCU：玩转睡眠模式

 

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。

 

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

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

安森美(onsemi)的无线 MCU RSL15 支持超低睡眠电流和调制解调器蓝牙应用的配置要求，具备 GPIO 唤醒、睡眠智能感应模式读取传感器等功能，兼具超低功耗和设计灵活性，可满足您的应用需求。图 1 显示 RSL15 的最低睡眠电流仅为 36 nA。

 

 

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。