汽車(chē)MCU低功耗解決方案

　　摘要：本文展示了MCU在汽車(chē)電子應用中的一些低功耗解決方案。

　　隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)上的電子控制系統數量呈指數增長(cháng)。以ECU為核心的車(chē)載電子控制系統逐步取代了被動(dòng)器件和機械系統，同時(shí)也完成了大多數測量、驅動(dòng)和控制的功能。

　　由于新型車(chē)載電子控制系統在車(chē)輛應用中的增加，導致對電源負載以每年約100W的速度增加。當前所面臨的最大挑戰是在相同的電池電源條件下，找到新的方法來(lái)保證汽車(chē)電子設備的數量及功能的不斷增加。故在實(shí)際應用中需要MCU的功耗持續降低。

　　另外，數字電路的最大功耗和可靠性問(wèn)題是密切相關(guān)的，例如，電遷移和熱載流子導致的器件老化。而且由于芯片散熱而引起的熱應力也是關(guān)系可靠性的主要問(wèn)題之一。因此，減少功耗對提高芯片的可靠性也是至關(guān)重要的。

　　為了應對日趨增長(cháng)的低功耗需求，飛思卡爾Qorivva系列32位MCU采用了專(zhuān)門(mén)的設計達到降低整體功耗的目的。除了改善的器件特性和更小的工藝尺寸，電路級和系統級的措施也在很大程度上降低了功耗。

　　飛思卡爾基于32位Power架構的Qorivva系列MCU專(zhuān)門(mén)為嵌入式汽車(chē)應用而設計。這一系列MCU采用了多種低功耗設計達到降低動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的效果，主要包括：

　　● 多種工作模式
　　● 門(mén)控電源
　　● 門(mén)控時(shí)鐘

　　多種工作模式

　　圖1所示為飛思卡爾Qorivva MPC560xB系列的不同工作模式圖。

　　Qorivva MPC560xB系列MCU包含了HALT, STOP和STANDBY 3種低功耗模式，用戶(hù)可以根據實(shí)際情況結合使用不同的工作模式。

　　HALT模式下，系統活動(dòng)減少，內核時(shí)鐘關(guān)閉，鎖相環(huán)、flash存儲器、模數轉換器等模塊均可以關(guān)閉從而降低功耗，這一模式可以用于LIN低速發(fā)送接收等情況。

　　相比HALT模式，STOP模式可通過(guò)配置關(guān)閉絕大多數外設進(jìn)一步降低MCU的功耗。該模式保留了整個(gè)MCU的供電，因此相比STANDBY模式擁有更短的恢復時(shí)間。STOP模式可配置關(guān)閉所有的時(shí)鐘源并保留當前狀態(tài)，在此模式下鎖相環(huán)一致處于關(guān)閉狀態(tài)，在退出STOP模式時(shí)，系統會(huì )使用高速內部時(shí)鐘直到指定的時(shí)鐘穩定。

　　STANDBY模式下內核停止，flash存儲器以及大多數外設均被關(guān)閉，芯片大部分電源被切斷，從而達到可能的最小功耗。此時(shí)MCU可以被外部的引腳、復位或者使用低功耗時(shí)鐘的周期性喚醒源所喚醒。表1列出了在室溫條件下Qorivva MPC5602B不同工作模式下的功耗。

　　門(mén)控電源

　　Qorivva MCU內部被劃分為3個(gè)不同的電源域，不同的外設分別屬于不同的電源域。電源控制單元允許用戶(hù)在不同的模式下對某一個(gè)電源域供電或者斷電。在模式切換時(shí)，根據用戶(hù)的配置，有限狀態(tài)機負責開(kāi)啟或者關(guān)閉各個(gè)電源域的供電從而保證狀態(tài)切換是平順且安全。例如：進(jìn)入STANDBY模式將會(huì )切斷內核、大多數外設、時(shí)鐘等模塊的電源，因此可以節省最多的功耗。

　　門(mén)控時(shí)鐘

　　MCU的功耗與工作時(shí)鐘直接相關(guān)，這就意味著(zhù)在單位時(shí)間內越多的門(mén)翻轉將會(huì )帶來(lái)越大的功耗。Qorivva MPC560xB系列MCU采用了多種方式降低門(mén)翻轉所帶來(lái)的動(dòng)態(tài)功耗。包括：1. 停止內核時(shí)鐘，在低功耗模式下，斷開(kāi)內核的時(shí)鐘可以有效降低內核的功耗。2. 外設時(shí)鐘分頻，對于一些不需要高速運行的外設，可以降低外設的時(shí)鐘從而降低動(dòng)態(tài)功耗。3. 斷開(kāi)部分無(wú)需使用的外設時(shí)鐘，可以有效的降低由外設帶來(lái)的動(dòng)態(tài)功耗。

　　總結

　　飛思卡爾Qorivva系列MCU除了采用更好特性的器件和更先進(jìn)的工藝尺寸，還提供了應用層的低功耗解決方案，用戶(hù)可以通過(guò)結合使用不同的工作模式，降低系統功耗，應對低功耗挑戰。