基于EEMBC组织的公共基准数据的数据和文档

第1部分介绍了低功耗微控制器的唯一可用基准，并研究了两个参数：电源电压和商定的温度。在第 2 部分中，我们将介绍基于 EEMBC 组织的公共基准数据的数据和文档。

相对于这些基准数据，数据表和描述（如应用程序说明）是了解公司产品能源需求数据的来源。大多数工程师能否在没有广泛研究的情况下根据现有文档做出正确的决定？

问题 1：您如何评估基准数据？它们相对于数据手册中的数据有何关系？

根据EEMBC基准测试结果（BV而不是EEMark-CP），我们计算工作电流和休眠电流，作为几个设备的示例。结合EEMBC软件的运行时间和数据表参数，我们可以确定计算（典型参数）和测量结果之间的偏差。为了验证是否可以进行评估，我们获取公共数据。

计算

基准联盟定义了以下公式：

BV= 1000 /E

E是 10 个 ULPBench 周期的平均值，因此是每秒的能量需求。 以 uJ/s 表示，

是电子标记-CP 的含义。EBV

根据这些基准数据，我们使用以下公式计算平均能源需求：

E= 1000 /BV

E是 uJ/s，或一秒内使用的能量。

平均电流消耗可以使用以下公式计算：

I（平均）=E / V

V是电源电压 - 在实际测量中，可以取实际测量的电压。

从数据手册中，我们给出了休眠模式阶段的典型电流消耗。然后根据基准数据（BV）和I（待机）计算出运行模式下计算出的运行模式（I（RUN_avg））的平均电流。

根据数据手册和建议的工作频率，我们计算供应商在运行模式下的电流消耗I（RUN）。I（RUN）是基于数据手册信息的值，而I（RUN_avg）是基于计算值。

EEMBC 网页上发布的数据并不总是显示操作模式时间。因此，区分操作和RTC模式的能量将是困难的。结合操作模式（t（RUN_cR/D）或t（RUN_D））的时间，可以在测量数据E_BV_cR和数据表参数E_D之间比较能耗。

［图6a/b|来源是EEMBC基准值和供应商的数据，数据表和报告。我们列出了五个设备作为示例。需要澄清 EEMBC 文档和数据表值。

ULPBench-CP页面上列出的消耗能量根据数据手册参数显示与结果的偏差。偏差不能根据纯数据手册参数和ULP-Bench参数来确定。这种偏差可能来自典型的数据变化或开关损耗，在数据手册中没有提到。在某些应用中，测量与数据手册之间的偏差起着次要作用。在现代传感器应用中，例如使用加速度计和测量数据的模数转换，需要几Hz至KHz的采样率。然后，开关损耗会导致显著的能耗。将真实环境数据转换为数字域是一个更大的挑战。需要在这方面开展进一步活动，因为目前的基准只代表对用户有限的价值。在物联网传感中，还必须考虑数据转换和传输。

问题2：描述和数据手册参数是否有助于评估最坏情况下的能耗？

在图6中，列出了操作和睡眠模式的能耗。这个比例从3：4一直到2：1。使用数据手册，您意识到，电池供电系统的应用寿命所需的大多数参数都缺失了。2016年2月的数据手册ADuCM3027 REV.PrF（显示在ULP分数@EEMBC上）给出了3 V和25°C时的典型数据，但没有最大数据。在数据手册Rev.PrG中，可以找到参数运行模式数据，但没有关于低功耗电流的信息。Ambiq Micro Inc.的数据手册（“Apollo MCU 数据表 2016 年 2 月开始的修订版 0.9”）仅包含以 uA/MHz 为单位的典型电流消耗数据，内部 RC 振荡器 （HFRC） 的频率为 24 MHz。

问题 3：您如何理解 RUN 模式下的当前数据？

运行模式下的电流主要以 uA/MHz 表示。大多数低功耗MCU/SoC的工作性能低于其半导体工艺的性能可能性。我们可以假设以uA/ MHz为单位的线性电流消耗增加，基于这一事实，在公布的数据中将有一个有趣的画面。

［图7a/b|工作频率范围内的电流消耗］

在LDO/线性调节模式和DC/DC模式下，电流消耗有不同的数据。一些数据手册指出了特定频率下的电流消耗，其他数据手册则显示了每MHz的电流。电流消耗无法精确确定。某些数据以最大数据形式给出。产品寿命或操作安全性（能量收集）不能根据这些数据进行计算。

阿波罗数据表修订版 0.9（安比克微型公司）仅显示一个频率的参数 - 在 3.3V/1.8V 和 24MHz 的 HFRC（高频 RC）下。有分频器可用，但处理器内核似乎只能在24MHz下工作;未校准值，典型值 +/- 2%。它可以使用 32.768 KHz 晶体（XT 振荡器）进行校准。此外，没有其他晶体的选项;这在时钟发生器中是无意的。

您可以在SiLabs应用笔记AN0027中找到另一个例子。

［图8|数据表显示了现有基极电流下的不同上升斜率（mA/MHz）。发布的图表证实了这一点。资料来源：硅实验室，AN0027 修订版 1.03。

根据此图（不是从28 MHz预先缩放），我们可以假设对于预定的频率，需要考虑大约55uA的静态基极电流和大约156 uA/MHz的动态部分。当应用在“预缩放”情况下运行时，消耗的基极电流要高得多。在“预缩放”模式下，您可能会期望更差的基准数据，或者以不同的方式表达它，设备需要更多能量用于同一程序，或者在给定的有限能量源下运行更短。

数据手册本身没有说明基极电流。对于基极电流，您可以在应用说明中找到：静态功率，内核域：34 uA@25°C，3 V。在数据手册中，您可以找到静态基极电流：155 uA/MHz （@ EM0， 14 MHz， 高压、3.0 V）。在 1.2 兆赫（在 EM0、1.2 兆赫、高压、3.0 V）下，该图显示约 242 uA。对于这种情况，数据手册指出，典型值为200 uA（典型值）和240 uA（最大值）。因此，图形值超出典型范围。它高于数据手册值 - 在这种情况下，比典型值高20%！

问题4：能否估算能源需求？温度曲线是否可以在没有复杂的硬件设置和调查的情况下使用？

我们仍然将研究重点放在MCU/SoC设备上。半导体的电流消耗，特别是最新的高性能半导体工艺，非常依赖于芯片（或芯片）温度。虽然高性能处理器和高性能应用中的内部温度始终高于环境温度，但节能MCU/SoC并非如此。在节能型 MCU/SoC 中，环境温度对于应用寿命非常重要。在“高”温度（例如85°C/185°F）下，只有几度的温度变化会导致能耗的显着差异。只有在恒温恒温室内进行测量时，才能在基准中获得精确的数据。Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 页，很好地说明了这一点。随温度变化显示的电流消耗值是在以下工作条件下测量的：

• VDDIN = 3.3 V（曲线左侧的值）和 1.8 V（曲线右侧）

• 启用超高效液化石油气

• RTC 在外部 32 KHz 晶体上运行

• BOD33 被禁用

对于图9中的图示，数据取自数据手册。

［图9|在备份休眠模式下，RTC 模式下的量较低，为 20°摄氏度，但在85°时显着;消耗的能量高出5倍。来源：Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 页］

根据图6a/b中的数据，运行模式和睡眠模式（或RTC模式）的能量需求大致相同。睡眠模式下的能量需求将作为整个能量消耗的一部分占主导地位。例如，在电池操作中，应用在85°C时的使用寿命将缩短。

在现实生活中，大多数应用都会暴露在温度变化中并在非恒定温度下运行。应对上述情况至少需要两个条件：

首先，数据手册必须包括典型数据以及不同温度下电流的最大数据，或者应包括温度范围内的电流消耗曲线。

其次，用户需要一个相对精确的温度曲线，该曲线与应用的生命周期相关。这是由用户控制的，出于质量原因，用户可以或将确保轮廓的精度。

我们只问了四个可能的问题。评估证实，如果没有供应商的进一步支持，就无法进行应用寿命计算，例如提供的电池。众所周知的“尝试和错误”公式不会让你在质量部门成为朋友。

审核编辑：郭婷