單電池微控制器工作的優(yōu)點(diǎn)

不僅如此，由于DC-DC轉換器能供應65mW的完整輸出，因此升壓后的輸出電壓也能被用來(lái)提供外部元器件所需的電壓。這樣，將能避免與接口連接相關(guān)的潛在問(wèn)題。如連接至其它較高電壓IC或傳感器、驅動(dòng)3V電壓LED，或提供足以驅動(dòng)LCD或OLED顯示器的電壓。

為進(jìn)一步改善系統效率，此新產(chǎn)品系列的微控制核心和數字外圍皆是以?xún)炔拷y一的1.7V電壓工作，在25MIPS的速度時(shí)僅消耗170uA/MHz。圖2為此全新微控制器系列的電源架構簡(jiǎn)單示意圖。

圖2：C8051F9xx電源架構

功能效率

當然，不是提供高效率的集成式電源供應系統就夠了，不同的工作模式和轉換次數，以及模擬、數字和通訊外圍都會(huì )影響系統的整體功耗。

低電源微控制器最需注意的技術(shù)規格就是待機和工作模式功耗的數據。如上所述，制造廠(chǎng)商通常會(huì )列出每兆赫茲多少毫安(mA/MHz)的數值來(lái)計算該設備所使用的各種時(shí)鐘速度。

關(guān)于這一點(diǎn)，當我們關(guān)注有效功耗時(shí)，便會(huì )直覺(jué)的認為就平均功耗而言，以高時(shí)鐘速率的MCU工作效率比低速率工作的MCU效率要高，這樣的看法通常都是正確的。當CMOS處理器的工作性能是在速度較快的情況下工作時(shí)，效率通常較高，于是我們便能將更多的精力放在低功耗待機或是關(guān)機模式上。

基于相同的原因，一個(gè)設計優(yōu)良、快速的模擬/數字轉換器(ADC)也能提供高效率的系統表現。然而，在特定系統中，需要較長(cháng)存取時(shí)間的高輸入阻抗可能會(huì )限制了ADC的速度。此外，為求電池供電系統中的ADC結果一致，一般會(huì )采用分立式的參考電壓，有時(shí)則會(huì )集成至微控制器中。然而，若這樣能在幾個(gè)百萬(wàn)分之一秒得到高速ADC，則必須花費數毫秒等待參考電壓穩定，而系統就會(huì )花費多余時(shí)間在等待參考電壓的穩定從而消耗電池的壽命。

Silicon Labs新元器件所使用的ADC和電壓參考模塊提供市場(chǎng)上最短的喚醒和處理時(shí)間。其高速內部電壓參考可在1.7us內取得穩定，也就是在微控制器被喚醒后就準備好了，這讓300 ksps 10位ADC能立刻開(kāi)始轉換。

通常，在混合信號微控制器中，相對簡(jiǎn)單的比較器以中斷驅動(dòng)，這能喚醒設備，并能某種程度地獨立于處理器核心之外工作。然而，通過(guò)增加ADC模塊一些“獨立”工作的機會(huì )，則可以實(shí)現更佳的電源效率。

最新推出的Silicon Labs ADC模塊可支持兩種模式，一種是連續采樣模式——執行連續16次的轉換，并在沒(méi)有微控制器介入的情況下自動(dòng)累積結果；另一種為窗口比較器(window-comparator)模式——只有在結果落在特別數值的窗口時(shí)才會(huì )中斷微控制器，并能提供同步至DC-DC轉換器工作周期中最“安靜”部分的功能。

堿性電池并非唯一的電池選擇

針對這些微控制器中的DC-DC轉換器，多種單電池的化學(xué)性質(zhì)適合用來(lái)提供介于1.5和0.9V的電壓。這些電池包括所有AA和AAA型的電池——堿性(Alkaline)、鎳氫(NiMH)、鎳鎘(NiCd)和鋰(Lithium)電池為主要的種類(lèi)，其它還有鋅-空氣(Zinc-Air)和氧化銀(Silver Oxide)紐扣電池。

就其它電池類(lèi)型而言，有些電池輸出是較高的，例如“硬幣型”鋰電池，其電壓介于3.0和2.0V之間。此外，也許還有其它的理由必須用到較高的供應電壓。通過(guò)將裝置的組態(tài)設定為“雙電池”模式，這樣的應用仍能利用超低功耗及高效率的優(yōu)點(diǎn)。請再次參考圖2，您會(huì )發(fā)現DC-DC轉換器可完全停止工作，讓微控制器能支持介于1.8和3.6V的輸入電壓。

評估系統電池壽命

為了讓設計者能快速評估新設計的電池壽命，設計者一般需要了解復雜的技術(shù)規格，Silicon Labs提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、可下載的PC軟件工具，即“電池壽命評估器”。

無(wú)論是任何系統或應用，只要輸入設計人員所選擇的電池類(lèi)型，以及“放電參數”，就是圖3所顯示的一些基本功耗參數，則此軟件會(huì )針對單、雙串聯(lián)，以及雙并聯(lián)電池組態(tài)的整體電池壽命進(jìn)行比較，評估自動(dòng)放電和存儲壽命。此軟件會(huì )輸出一個(gè)圖表，顯示電壓和時(shí)間的關(guān)系以及電池壽命的評估數據，如圖4所示。