什么是電池供電節(jié)能設計?你知道嗎?在不更換電池和不充電的時候，我時常覺得自己在不斷地將各種耗盡電量的個人電子設備恢復為全功能狀態(tài)。雖然我向來會不時關注電源狀態(tài)，但是可穿戴健身設備或藍牙耳機在鍛煉時關機的情況仍屢見不鮮，更不用說，智能手機在最糟糕的時刻因電量耗盡而關機，更是司空見慣。

僅僅只是數(shù)臺個人電子設備就已讓人應接不暇，由此可以想象，具有數(shù)千臺電池供電設備的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應用，很可能僅僅因為電池維護工作，就導致不堪電量重負而崩潰。

對于那些大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡和個人設備，對來自“常開型”傳感器的即時數(shù)據(jù)需求致使電源問題的影響不斷放大。所幸，隨著硅片制造商不斷提高微控制器的能效，并為主處理器分擔了一些處理負載，這種電子設備供電不足的慘淡情形才有所改善。

先進技術改善經(jīng)典電源管理

按照傳統(tǒng)方法，基于微控制器的系統(tǒng)電源管理主要集中于主處理器的占空比，因為主處理器通常承擔了小型嵌入式系統(tǒng)的大部分功耗。因此，一般會要求設計人員最大限度地縮短處理器功耗最大的通電時間，轉(zhuǎn)而設計功率受限的系統(tǒng)，讓處理器盡量保持在節(jié)能的休眠模式。對于需要從傳感器定期收集數(shù)據(jù)的應用，開發(fā)人員讓處理器休眠而使用外設中斷，喚醒處理器以收集和處理數(shù)據(jù)，之后再立即恢復休眠狀態(tài)。

復雜的片上外設的出現(xiàn)讓開發(fā)人員可以延長處理器的休眠時間。通常，微控制器會集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器]Maxim Integrated 的 Darwin 微控制器等高級處理器系列將這種方法提升到更高層次，專門采用一系列機制來降低功耗而不影響應用功能和性能要求(請參閱“構(gòu)建更有效的智能設備：第 1 部分 – 使用 MCU 和 PMIC 的低功耗設計”)。因此，開發(fā)人員可以更精確地平衡功率和性能，以滿足緊張的功耗預算。

外設擁有獨立處理器

在分離外設功能與核心處理時，更高級的微控制器通過專用處理器改進了這些外設子系統(tǒng)。例如，Maxim Integrated 的 Darwin 系列與許多這類器件一樣，包括外設管理單元 (PMU)，它不僅支持直接存儲器訪問 (DMA) 操作，還包括輪詢調(diào)度及其他更高級的功能。

這種將處理能力擴展到處理器內(nèi)核以外的做法，已成為如今一些降低功耗和提高性能的最有效方法之本。硬件加密加速器就是這種趨勢的典型范例，這些加速器內(nèi)置于大多數(shù)專為物聯(lián)網(wǎng)設備或其他連接應用所設計的高級微控制器中。通過加快算法執(zhí)行，專用加速器可使設備快速恢復低功耗狀態(tài)。

這種趨勢還有另一個更有趣的示例，就是 Texas Instruments 的 SimpleLink 系列等無線微控制器。例如，Texas Instruments 的 CC2640R2F低功耗藍牙 (BLE) 無線微控制器，結(jié)合了 Arm® Cortex®-M3 主處理器與 BLE 專用子系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含 Arm Cortex-M0 專用處理器和射頻 (RF) 收發(fā)器(圖1)。

圖 1：Texas Instruments 的 CC2640R2F BLE 器件等高級無線微控制器，通過使用 Arm Cortex-M0 節(jié)能型處理器內(nèi)核來保持無線連接，同時使 Arm Cortex-M3 主處理器處于休眠狀態(tài)，以此實現(xiàn)最佳的功耗。(圖片來源：Texas Instruments)

當主處理器運行應用時，開發(fā)人員無法使用]對常開型功能的需求當然不僅僅只針對連接性。在越來越多的檢測應用中，用戶希望設備能夠?qū)囟?、運動、空氣質(zhì)量及其他特性的變化做出即時響應。若使用傳統(tǒng)方法，這種常開型功能會迫使微控制器在活動模式下連續(xù)運行，或幾乎連續(xù)運行，同時收集和檢查重要事件的數(shù)據(jù)。

許多高級傳感器允許開發(fā)人員編程設定觸發(fā)中斷的最小和最大閾值，使微控制器保持休眠模式直至發(fā)生超出閾值的事件。然而，在某些應用中，單靠閾值功能是不夠的。

例如，常開型運動傳感器可能需要識別所測量的加速度或方向出現(xiàn)特性變化或特定模式，這代表設備用戶正在行走、跑步、爬樓梯、轉(zhuǎn)彎或做其他活動。即使使用具有閾值功能的高級傳感器，主機微控制器也需要保持活動狀態(tài)以識別這些特性變化。

相反，STMicroelectronics]對開發(fā)人員而言，自主外設操作、專用處理引擎和本地傳感器處理等功能只是推動電池供電設計向節(jié)能發(fā)展的部分方法。以上激素電池供電節(jié)能設計解析，希望能給大家?guī)椭?