優(yōu)化面向超低功耗設計的微控制器功效
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低功率欠壓檢測(Brown-Out Detection, BOD)：雖然零功率欠壓檢測器不會(huì )消耗功率，但它們的響應速度也很慢，可能需要足足一毫秒的時(shí)間來(lái)檢測閾值以下的電壓，這就給MCU帶來(lái)了風(fēng)險。相反地，“睡眠BOD”卻能夠在2微秒內檢測出欠壓情況，而耗電量只有20uA。由于MCU在深睡眠模式下無(wú)需欠壓保護，這時(shí)可關(guān)斷睡眠BOD，并達致零功耗。采用這種方法，開(kāi)發(fā)人員便能夠同時(shí)實(shí)現低功耗和快速響應。
數字輸入中斷寄存器(DIDR): 外設(比如ADC)的多路輸入，可以提高小引腳數目器件的設計靈活性。不過(guò)，在加載Vcc/2范圍內的電壓時(shí)，含有輸入緩沖器的晶體管將出現電流泄漏。這時(shí)，若使用專(zhuān)門(mén)的輸入中斷寄存器，在每一個(gè)模擬輸入中加入一個(gè)禁止位，開(kāi)發(fā)人員便可以單獨禁止輸入緩沖器，避免泄漏的發(fā)生。
時(shí)鐘門(mén)控：時(shí)鐘門(mén)控技術(shù)可以降低任何時(shí)鐘域的切換頻率。任何沒(méi)有使用的時(shí)鐘都可以進(jìn)行門(mén)控，從而避免無(wú)謂的功耗。
省電寄存器：雖然多種睡眠模式可簡(jiǎn)化功率管理，但它們往往只能夠啟動(dòng)或關(guān)斷整個(gè)外設部分。這樣，即使只使用一個(gè)外設，其它的外設也必須處于工作狀態(tài)下。省電寄存器(Power Reduction Register)可讓開(kāi)發(fā)人員能夠完全單獨控制各個(gè)外設模塊的開(kāi)關(guān)。在工作模式下禁用某個(gè)外設模塊可以降低5-10%的總功耗；在閑置模式下則可節省10-20%。
閃存采樣：傳統的閃存設計是要在工作模式下維持激活狀態(tài)。然而，在時(shí)鐘速率較低時(shí)，閃存讀取時(shí)間將小于時(shí)鐘周期。閃存采樣技術(shù)就是讓閃存以10ns數量級的速度對陣列內容進(jìn)行采樣，然后立即禁用，從而降低平均功耗。
快速喚醒：如果系統被喚醒速度很慢，就不得不以更長(cháng)時(shí)間處于工作模式下，以適應更長(cháng)的延時(shí)，防止實(shí)時(shí)事件處理的中斷。換言之，MCU被喚醒的速度越快，它停留在睡眠模式下的時(shí)間就越長(cháng)。
在評估不同的超低功率MCU規格時(shí)，開(kāi)發(fā)人員必須頭腦清醒，從而確保等效測量結果的比較。例如，應該考慮到：
? 某個(gè)范圍內的效率：效率規格通常是根據MCU的最佳測量(最佳點(diǎn))結果而不是負載電流電壓上的結果給出。某個(gè)應用的典型工作范圍可能使其位于較低效率的曲線(xiàn)上。此外，效率必須在電池的整個(gè)電壓降范圍上進(jìn)行估算。
? 電池的安全工作范圍：雖然MCU的耗電量也許相當小，但如果無(wú)法足夠精確地測量電壓和溫度，那么電池限值就可能被超過(guò)，導致電池受損及使用時(shí)間縮短。在確定設備可安全使用的電池能量時(shí)，精度是一個(gè)關(guān)鍵因素。
? 調節器低效：無(wú)升壓調節器的MCU有更高的效率規格，因為轉換損耗隱藏在外部調節器中。此外，在單電池設計中，如果MCU沒(méi)有集成調節器，切記把外部升壓調節器的成本和設計復雜性考慮在內。
? 設備整個(gè)使用范圍內的效率：在驅動(dòng)大電流時(shí)，MCU的效率可能很高，但除非它有多個(gè)工作模式，否則在驅動(dòng)低電流時(shí)，它的效率會(huì )很低。因此，如果應用并非經(jīng)常需要大電流能力，總體效率便會(huì )降低。
? 規格是利用單個(gè)還是多個(gè)電池測得：某些MCU規格會(huì )隨著(zhù)所用電池的數量而改變。例如，如果有多個(gè)電池，便可以避過(guò)使用內部升壓調節器，從而提高效率。反之，在只使用單個(gè)電池時(shí)，利用多個(gè)電池獲得的各種規格(比如喚醒時(shí)間)可能會(huì )降低。
? 開(kāi)發(fā)環(huán)境的成熟度：實(shí)現超低功率需要架構層的創(chuàng )新?；谌录軜嫷某凸β蔒CU常常最多只能提供仍在開(kāi)發(fā)中的有限設計工具。由于軟件開(kāi)發(fā)是最重要的成本因素之一，設計工具的穩定性、完整性和功能性，在幫助開(kāi)發(fā)人員有效地管理功耗，以及快速把產(chǎn)品推向市場(chǎng)時(shí)發(fā)揮了舉足輕重的作用。
圖5. 利用STK600和ATtinyx3U頂層模塊等演示工具套件，開(kāi)發(fā)人員可測量實(shí)際工作條件下的功效。這些工具套件讓開(kāi)發(fā)人員能夠全面使用ATtiny43U的功能和Ateml豐富成熟的開(kāi)發(fā)工具套件來(lái)測試單電池工作，獲得高亮度LED的功率曲線(xiàn)，調節功率閾值，從而在安全范圍內充分利用電池的最大容量。
確定MCU功耗如何“超低”的方法之一，是自己對其進(jìn)行測量。演示工具套件(Demo Kits)為測試MCU在實(shí)際工作條件下的效率以及利用其功能集提供了行之有效的手段。例如，只要把ATtinyx3U頂層模塊(top module) 連接在STK600開(kāi)發(fā)板上，開(kāi)發(fā)人員便能夠全面使用ATtiny43U的功能和Atmel全面的開(kāi)發(fā)工具套件(見(jiàn)圖5)。利用該模塊，開(kāi)發(fā)人員可以測試單電池工作的限值，在直接驅動(dòng)高亮LED的同時(shí)設定功耗輪廓，以及驅動(dòng)集成式升壓調節器的自動(dòng)關(guān)斷和上電功能，以調節功率閾值，在安全范圍內充分利用電池的最大容量。
小結
單電池設計無(wú)需備用電池載荷，而備用電池往往正是超低功率系統中最重和體積最大的組件。集成了片上調節器并具有可配置模式的MCU ，可以有效彌補MCU的極小電源電壓和標準單電池技術(shù)的典型輸出電壓之間的差距，使開(kāi)發(fā)人員得以把已有負載條件及電池電壓下的功耗降至最小。只需一個(gè)電池，無(wú)需外部調節器，憑借低至0.7V的電池耗電能力，以及用于LED和小型電機的大電流能力，設計人員便能夠以最低的成本、絕對超低的功耗設計出緊湊型的電池供電設備。
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