对于那些使用电池供电的产品,尤其是那些要求在一节电池下工作一年甚至几年的产品,它们的平均电流要求非常低,通常在uA或nA级别。
我在之前的公司做过很多电池供电的产品,它们有一个共同的特点:待机时的电流非常低。
下面我将结合我的工作经验以及市场上相关产品的情况,描述关于低功耗设计的注意事项以及实现低功耗的方法。
待机产品及其情况
低功耗产品通常要求在待机状态下功耗很低,有些产品在待机时功耗为零,有些产品的多个外设模块会交替工作或同时工作。
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待机功耗为零
对于待机功耗为零的产品,只需保证在工作时的功耗即可。如果工作时间也很短,那么在低功耗方面需要投入的研发工作相对较少。
例如电视遥控器:
这种产品在待机时功耗为零,通过按下按键来唤醒,唤醒后工作几毫秒(不同型号可能有差异)后再进入待机状态。
实现原理:
通过按键触发电源启动,启动微控制器(MCU),执行工作任务,任务执行完毕后通过MCU控制总电源断电。
简而言之:通过外部的电源触发来启动设备,并通过内部的机制控制断电来实现。
![image-20231124220555687](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6560adf9c458853aef6ca4d3.png)
2.间歇待机
有些产品是间歇性待机,比如:工作1ms,待机499ms。
比如IC卡设备:
IC卡设备如果一直处于寻卡工作状态,电流其实相对较大,而很多时候都没有IC来感应。
实现原理:
这种产品,可以间隔0.25s,或者0.5s来感应(寻卡)一次,同时不会给人带来“卡顿”的感觉。(寻卡工作的时间其实很短)
![image-20231124220631862](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6560adf9c458853aef6ca4d8.png)
(图片来自网络)
同理,类似的产品还有很多,比如无线遥控天然气、水表等。
这种做法目的是为了让产品功耗更低,但人看起来产品一直在工作。
3.长期待机
有些产品的MCU是通过外围设备唤醒,比如通过触摸按键唤醒产品。
这种产品相对上面两种难度更大,要同时保证MCU内部资源,以及外部资源在工作和待机时功耗都要尽量低。
实现低功耗的方法
结合上面产品的描述可以总结几点实现低功耗的方法。
1.控制电源开关
通过控制系统总电源、(高功耗)外围模块电源的开关,特别是使用频率低、功耗大的外围模块,在需要时才开启。
2.控制MCU内部外设
有些MCU产品的外设在上电时默认是开启的(比如STM8S),不用的外设一定要关闭,在需要时才开启。
![image-20231124220639816](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6560adf9c458853aef6ca4c4.png)
3.控制时钟频率
这里说的控制时钟频率不单纯是降频,是根据实际工作情况(工作模式、时长等)调整频率。
有些产品它在执行任务A时,要求快速处理(不如跑一段算法),则需要调整到更高的频率;
而在执行任务B时,处理简单事情(比如控制LED亮灭),则需要将时钟调整到很低状态。
同时,还需要结合工作时长,比如上面任务A,如果时间很长,这个频率也需要综合考虑。
4.控制IO状态
现在MCU基本都有多种状态:
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模拟输入 -
浮空输入 -
下拉输入 -
上拉输入 -
开漏输出 -
推挽输出 -
复用开漏输出 -
复用推挽输出
在低功耗状态、工作过程都需要设置成合理状态。比如通常在待机时,将不用的引脚设置成模拟输入。
5.检查硬件
检查是否存在漏电流,比如不合格电容、电阻等器件。
还有虚焊或板卡上存在残留焊锡等情况,都会导致功耗增加。
(这里面的坑比较多,来留言说说你遇到过的坑)
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