系统详解Silabs MCU低功耗优势及经典案例
来源： 作者： 发布时间：2016-11-16 10:20:20 浏览量：有多种低功耗模式
SilabsMCU有Idle、Stop和Suspend三种低功耗模式。各种模式下片上资源状态、功耗及唤醒的情况如表1所示。在Stop和 Suspend模式下，MCU的功耗可以降低到nA级。在Suspend模式下，有多种唤醒源，当被唤醒时（非复位源唤醒），CPU不会对系统复位。在 Stop模式下，SilabsMCU有丰富的复位源使CPU被唤醒，如图1所示。
有多种时钟方案供选择
SilabsMCU都设计有两套时钟方案供选择。用户可以根据实际需要选择内部振荡器或外部振荡器，或者同时选择内、外振荡器。内部振荡器可以通过相关 寄存器设置来选择不同的频率。其频率范围为：80KHz～100MHz。更为重要的是在MCU运行中，可以实时高速地进行内、外时钟切换。时钟切换速度 快，切换产生的功耗小。这种特性，对于间歇工作的单片机系统低功耗设计，特别有帮助。
灵活的I/O设计
SilabsMCU的I/O口资源丰富，配置灵活。有三种配置方式：漏极开路、推挽输出和弱上拉方式。用户可以根据实际需要通过相关寄存器的设置来禁止或使能这些方式。其中将端口配置成漏极开路方式是最省电的方式。
高速实时的中断响应
SilabsMCU响应中断的时间非常快，一般只需要5个系统时钟周期。中断响应速度快，CPU花费在等待方面的时间少，这可以节省不少的等待功耗。
运算速度快，处理数据能力强
虽然Silabs的C8051F系列单片机属于CISC指令系统，但由于它采用了“流水线”结构方式处理指令，70％的指令的执行时间为1个或2个系统 时钟，突破了传统的8051单片机运行效率低的弱点，特别是它执行乘法指令只要4个系统时钟，执行除法指令只要8个系统时钟。与那些RISC指令系统的单 片机和那些速度低的CISC单片机相比，这不仅仅带来了数据运算的高效率，同时也极大地降低了系统的功耗。因此，使用每MIPS功耗来衡量Silabs的 C8051F系列单片机的功耗，无论是处理一般事件，还是做数据运算，它都是非常低的，具有明显的优势。图2是和其他MCU做除法运算的速度对比。从对比 中我们可以看出SilabsMCU具有高速处理数据能力的同时也带来了更低的功耗。
总之，深入理解SilabsMCU低功耗的特性，根据实际情况，灵活运用，就可以设计出满足要求的低功耗产品。
SilabsMCU低功耗实现方法
这里举一个运动装置的应用，采用3V电池供电，间歇工作，要求平均功耗不大于200mA。使用SilabsMCUC8051F333成功地实现了低功耗 的应用。选择双时钟系统，即处理数据时使用内部高速振荡器25MHz，空闲时使用外部晶振32.768KHz（如图3所示），并进入Idle模式。
没有使用到的片上模拟和数字外设全部关闭，没有用到的I/O全部设置成漏极开路方式。
下面我们分析一下在不同情况下，CPU的功耗情况。
在温度-40℃～85℃范围内，工作电压3V，系统时钟25MHz的情况下，CPU的功耗典型值是7.8mA。其电气特性参数表如表2所示。
我们还可以大概估算出在不同频率下CPU的功耗。当F>15MHz时，可以用下面的公式来估算：
IDD=IDD1-（F1-F）×IDD2（1）
其中IDD1是在不同电压、最高频率下正常工作时的最小功耗，F1是最高工作频率，IDD2是F>15MHz，不同电压下的IDD频率敏感度。例如，VDD=3.0V；F=20MHz时，根据图2可以算出：
IDD=7.8mA-（25MHz-20MHz）×0.21mA/MHz=6.75mA
当F≤15MHz时，CPU的功耗可以用下面的公式来估算：
IDD=F÷1MHz×IDD2（2）
例如，VDD=3.0V；F=32.768KHz时，根据图2可以算出：
IDD=32.768KHz÷1MHz×0.38mA/MHz=12.45184mA
在温度-40℃～85℃范围内，工作电压3V，系统时钟32.768KHz的情况下，CPU的功耗可以通过Idle模式下的电气特性参数来计算。Idle模式下的电气特性参数表如表3所示。
根据公式（2），Idle模式下的功耗为：
IDD=32.768KHz÷1MHz×0.20mA/MHz=6.5536mA
从上面的分析我们可以看出，使用外部低频振荡器，并进入Idle模式，CPU的功耗可以降的很低。如果能用上Stop模式，功耗可以降低到0.1mA以下。在模拟该运动装置真实使用环境的条件下，经过使用仪器测试，平均功耗降低到了150mA以下。该产品目前已经批量上市了。
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