低功耗MCU助力智能手表電池壽命大增

　　延長(cháng)電池使用壽命是智能手表的首要開(kāi)發(fā)考量。為達成此一目標，設計人員須選用在工作/動(dòng)態(tài)模式下功耗較低，且能同時(shí)維持高性能運作的微控制器(MCU)，并導入快速喚醒功能，以便讓MCU盡可能處于休眠或閑置模式，進(jìn)一步降低系統總體功耗。

　　所謂的智能手表該如何定義呢?基本上，智能手表是設計成手表外型、可戴式的運算裝置，當和智慧型手機無(wú)線(xiàn)連結時(shí)，可提供更多的智慧型功能。一般 常見(jiàn)的功能包括了日曆通知、電子郵件或簡(jiǎn)訊提示。若是同時(shí)還內建感應器，如加速度計或溫度感測器等，智能手表就能夠幫助記錄與監控使用者的運動(dòng)進(jìn)度、表 現和心跳率等。有些手表還能控制音樂(lè )、讀取簡(jiǎn)訊，甚至能透過(guò)使用者手機的藍牙低功耗(Low Energy, LE)連結，直接透過(guò)手表接聽(tīng)電話(huà)。

　　那麼，對智能手表的開(kāi)發(fā)人員而言，什麼是關(guān)鍵的設計考量?在產(chǎn)品設計過(guò)程中，很容易會(huì )不自覺(jué)地想加進(jìn)更多、更強大的功能。不過(guò)性能強大的手表應用 程式，通常得搭配相對強大的處理器，而強大的處理器卻往往很耗電，導致具有加分效果的性能提升，就這樣被功耗抵銷(xiāo)掉。畢竟，就算其功能再強大，誰(shuí)會(huì )愿意買(mǎi) 一個(gè)每隔幾個(gè)小時(shí)就要充電一次的智能手表?

　　為了要延長(cháng)電池的使用時(shí)間，最好的辦法就是在考慮系統的心臟，也就是中央微控制器(MCU)時(shí)，選擇在工作/動(dòng)態(tài)模式下功耗較低的元件。

　　在系統設計上，必須讓智能手表的中央微控制器，能夠在大部分時(shí)間維持在睡眠模式，而當系統必須被喚醒來(lái)執行任務(wù)時(shí)，能夠不影響系統表現，并在最短的時(shí)間內被喚醒。

　　工作/動(dòng)態(tài)模式下維持低功耗

　　當然，設計人員希望能在不犧牲性能的前提下具有最低功耗的工作模式，然而如果只是一味降低在工作/動(dòng)態(tài)模式下的功耗，也會(huì )因此降低了微控制器的運算 速度，導致微控制器將花費更多時(shí)間處于工作模式，才能把任務(wù)執行完成并進(jìn)入功耗更低的睡眠模式，最終反而會(huì )增加系統的平均功耗。另外大家都知道，系統的操 作電壓越低，越能延長(cháng)電池的壽命。有些微控制器宣稱(chēng)工作電壓可低至1.8伏特(V)，但實(shí)際上，當其工作電壓在1.8V時(shí)，不僅運算速度降低，同時(shí)某些周 邊功能可能無(wú)法正常運作，這些都不是真的能幫助系統降低功耗的技術(shù)。

　　目前市場(chǎng)上已有業(yè)者推出能在低功耗的情形下維持高性能運作的微控制器。如愛(ài)特梅爾(Atmel)的SAM4L微控制器系列，就能夠在不用改變產(chǎn)品規 格的情況下，保持低至1.68V的工作電壓，并且維持最高性能，且其外圍周邊操作不受影響。根據費氏(Fibonacci)基準，該系列是市面上擁有最低 工作/動(dòng)態(tài)模式功耗(90μA/MHz)的ARM Cortex-M4微控制器。若再加以運用功率調節(Power Scaling)技術(shù)，可以進(jìn)一步平衡最大時(shí)脈速度和功耗。

　　除此之外，如果設計人員選用的微控制器能夠提供不同的電壓調節器選擇，可進(jìn)一步降低在工作/動(dòng)態(tài)模式下的系統功耗。例如降壓或開(kāi)關(guān)穩壓器能夠在操作 電壓為2∼3.6V時(shí)提供更高的功率，或是線(xiàn)性穩壓器在1.68∼3.6V的范圍內運作，具有較高的抗噪性，而在小于2.3V范圍內調節器則可達到最高功 率。