了解電源和性能之間的平衡進(jìn)行有效的MCU設計

圖2：在Microchip的PIC32MX1XX家庭時(shí)鐘控制模塊。 (微芯片提供)這財富時(shí)鐘源可以選擇和通過(guò)后的定標器，預定標器，和兩個(gè)主要的PLL來(lái)產(chǎn)生所需的裝置的各種子部分的頻率進(jìn)一步劃分。由16塊固定鴻溝和可選擇的FRC后scale分頻器(由FRCDIV輸入控制)創(chuàng )建CPU和外設(SYSCLK)主時(shí)鐘。外設時(shí)鐘可以通過(guò)附加的后分頻器被進(jìn)一步劃分為優(yōu)化外設時(shí)鐘速度，最大限度地減少在這些函數生成的動(dòng)態(tài)電流。許多在圖2所示的時(shí)鐘選項可以通過(guò)配置寄存器來(lái)控制或根據所需由編程的性能水平被自動(dòng)選擇?，F代的MCU更容易操作，甚至通過(guò)簡(jiǎn)單的應用程序接口(API)調用，簡(jiǎn)化和減少潛在沖突配置這些塊時(shí)“的手。”你看這些API的MCU廠(chǎng)商的文獻，軟件是最復雜的時(shí)鐘管理器工具 - 根據配置向導，代碼示例和參考設計，以簡(jiǎn)化設計過(guò)程。

閃存的性能和時(shí)鐘頻率

在選擇的MCU時(shí)經(jīng)常被忽視的一個(gè)領(lǐng)域是代碼閃速存儲器的性能。一些MCU都有快速CPU周期時(shí)間，但這些快速的操作速度可以通過(guò)代碼或存儲在閃速存儲器中的數據的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間的限制。例如，在愛(ài)特梅爾AT32UC MCU閃光周期時(shí)間與工作頻率，如下面的圖3。當在33兆赫和由此所讀訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間只需要一個(gè)周期的閃光等待狀態(tài)(FWS)的數目是零。在66兆赫工作頻率快速存儲器插入FWS，所以存取時(shí)間需要兩個(gè)周期。因此，你可能希望最后得到33 MHz的有效工作頻率，具有66 MHz的時(shí)鐘運行時(shí)也是如此。 MCU制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種方法卻減輕了等待狀態(tài)插入，這樣你通常支付比全開(kāi)銷(xiāo)要少得多。

圖3：閃存等待狀態(tài)愛(ài)特梅爾AVR MCU AT32UC。 (愛(ài)特梅爾提供)的一種方法，以減輕閃存等待狀態(tài)是管道中的閃存接口，這是愛(ài)特梅爾AT32UC MCU所采取的辦法。這種流水線(xiàn)方式允許突發(fā)來(lái)自連續存儲位置讀取(通過(guò)代碼存儲器訪(fǎng)問(wèn)到目前為止，絕大多數都是連續的，因為你通常只持續到下一個(gè)指令)不讀罰款。這導致只有15%在有效時(shí)間周期的平均開(kāi)銷(xiāo)，不是完整的100%，否則你可能期望。以減輕慢速閃光訪(fǎng)問(wèn)另一種常見(jiàn)的方法是使用本地存儲器緩存以便反復訪(fǎng)問(wèn)可以使用已經(jīng)獲取的數據，并且不要求完全讀較慢閃存塊。你應該總是仔細看看閃存存取和整體處理性能之間的相互作用在您的設計，以確定影響你的選擇的時(shí)鐘速度將對整體處理性能。

只需將其關(guān)閉

其中操作最省電的模式的MCU是剛剛關(guān)閉設備完全實(shí)現了零功耗。該MCU性能也有效零為好，所以這可能似乎不是一個(gè)非常有用的方法，如果你需要確保某些操作最小量總是發(fā)生。例如，你可能需要一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持精確的時(shí)間記錄，甚至當設備處于關(guān)閉狀態(tài)。幸運的是，一些MCU可在電池備份模式下運行，這樣，如果所述裝置的其余部分斷電時(shí)簡(jiǎn)單的操作可以繼續連。德州儀器(TI)提供了MSP430x5xx / 6xx系列MCU系列正是這樣的能力。如圖4所示，電池備份塊從輔助電源(VBAT)如果主電源(DVCC)失敗供給子系統。備份提供的子系統通常含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(連同所需LF-晶體振蕩器)和一個(gè)備用RAM。塊的各種操作由寄存器位(與“BAK”前綴信號)控制，使得充電，選擇，和ADC操作可以由處理器全部進(jìn)行管理。當一個(gè)RTC和備份SRAM是必需的，他們可以逃跑電池電壓和RTC甚至可以用來(lái)“打開(kāi)”，MCU的周期性操作的其余部分。這樣可以節省電源的最高金額，并創(chuàng )造了一個(gè)非常節省空間的和高能效控制系統，完全關(guān)閉(在零頻率運行)的CPU散熱的同時(shí)非常少(幾乎為零)系統上電也許是極致的動(dòng)力性能

權衡。

圖4：德州儀器(TI)MSP430x5xx / 6xx系列單片機系列電池備份子系統。 (德州儀器提供)

摘要

關(guān)鍵要建立高效的設計中使用的MCU往往依賴(lài)于使功耗和性能之間的智能權衡。許多MCU提供幾個(gè)選項，可以限制在MCU時(shí)鐘速率，因此，其性能在MCU供電。管理時(shí)鐘，選擇合適的工作電壓電平，并了解電壓等級和閃光燈性能之間的關(guān)系都是至關(guān)重要的，以創(chuàng )造最節能的MCU設計成為可能。