如何为设计应用选择合适的嵌入式MCU

低功耗微控制器是一种按需产品，由双设计需求驱动：（1）节省能源以降低设备的运营成本; （2）满足手持式电池供电设备的严格能源预算。大多数MCU芯片供应商都提供低功耗产品，这些制造商总是吹嘘自己的MCU如何拥有最低功耗。

本文旨在帮助您查看细节，不仅仅是比较数据表第一页上的要点。它将帮助您熟悉MCU选择的架构，并检查为Microchip Technology，Renesas，Texas Instruments和Freescale提供的典型低功耗MCU收集的规范，所有这些都旨在帮助您为您的应用选择合适的嵌入式MCU 。

在此过程中，我们将指出以下因素：

掉电模式

时钟系统

事件驱动功能

片上外设

漏电流

许多电源管理选项

首先考虑Microchip PIC24FJ128GA310（图1）。这款16位处理器是工程师的最爱，因为它采用了Microchip的nanoWatt XLP技术，具有60 x 8 LCD控制器，并采用64/80/100引脚封装。该器件还具有五个外部中断，一个六通道DMA，一个可编程32位CRC发生器和七个比较/PWM模块。

图1：Microchip PIC24FJ128GA310系列MCU的框图。

该芯片的数据表提供多种电源管理选项，用于“极端”功耗降低（因此XLP标签），转换为备用电池的规定，以及运行RT日历/时钟（RTCC）的低功耗。它具有深度睡眠模式，允许接近完全断电，能够在外部触发器上唤醒，以及睡眠和空闲模式，可以选择性地关闭外围设备和/或核心。

在深度睡眠中，主调节器关闭，低功率调节器打开，所有电源都从芯片的核心移除。核心和外围设备是无功能的。只有RTCC和两个寄存器可用。在这种模式下，芯片在2.0 V电源下仅需10 nA，在3.3 V电源下仅需40 nA - 如果将其打开，则RTCC的电流为400 nA。您也可以离开WDT，通常需要270 nA。

现在，看起来更深一点，在85°C时，深度睡眠数量在2.0 V时大幅上升至1.1μA，在3.3 V时则达到1.4μA，RTCC再次增加400 nA - 在整个温度范围内保持恒定。唤醒时间仅为200μs。

PIC24还具有低压休眠模式，其中主稳压器关闭，并打开一个特殊的低功耗稳压器。整个芯片都通电，但LCD，RTCC和定时器等外设都关闭，如果启用则会增加功率。在2 V时，指定为330 nA，但要小心，因为在85°C时这最高可达7.7μA。还应注意，这些都是典型值，而不是最大值。从该模式唤醒仅需90μs。

运行频率为32 MHz，最高可达16 MIPS，芯片通常在2 V时需要4.8 mA电流。由于IC具有为内核供电的稳压器，因此VDD或温度的电流变化非常小。此测量的设置是从闪存执行的代码，没有启用外设，也没有I/O驱动，时钟来自外部源。运行A/D在25°C时增加750μA，RT时钟在所有温度下增加400 nA。

许多安全功能

16位瑞萨RL78/G14（R5F1006EASP）MCU（图2）在32 MHz时提供高达44 DMIPS的性能，85％的指令在一个时钟周期内执行。该控制器具有64 KB的闪存（最高可达500 K），具有高达64 MHz运行的精密16位电机定时器和五种工作模式，包括一个六通道互补PWM。它具有许多安全功能，包括CRC，非法内存访问检测和IEC/UL 60730支持。它工作电压为1.6至5 V，具有10通道10位A/D.。

图2：16位瑞萨RL78/G14。

在停止模式下，RL78/G13在32 MHz时为0.54 mA，最高为5.5 V.仅RTC为0.46μA。在停止模式下，此数字仅降至0.23μA（全部停止，RAM保留），仅欠压检测仅为0.08μA。

停止模式电流只是泄漏（没有时钟开启），并且在较高温度下会显着上升。 MCU中的所有内部（门，寄存器，RAM）的泄漏通常为0.9μA，但在85°C时最大值为3.3μA。

有源电流在32 MHz时为66μA/MHz，据称是目前市场上最低的。这仅适用于运行NOP，因此在32 MHz时需要2.1 mA。但是，根据指令组合，电流可以高达144μA/MHz，同样适用于64 Kbyte闪存版本的器件。 MCU工作电流额定值为-40°至85°C，在整个温度范围内具有相同的典型和最大有效电流。当使用高速外部或片内振荡器时钟时，从停止到有效的转换时间最大为32μs。

快速唤醒

MSP430F5510版本的TI MSP430（图3）具有32 KB的闪存和6 KB的RAM以及10位或12位A/D转换器。该MCU包括全速USB，实时时钟，DMA，乘法器和比较器以及嵌入式仿真模块。

图3：德克萨斯州的方块图仪器MSP430F5xx系列。

对于此器件，在采用3 V电源的闪存运行的工作模式下，1 MHz时的电流消耗仅为250μA，8 MHz时的电流消耗为1.55 mA（193.75μA/MHz）。

在待机状态下，启用自唤醒和欠压复位，完全RAM保持，看门狗定时器和电源监控器操作以及USB禁用，在-40°C时需要1.1μA，在25°C时需要1.3μA ，在85°C时为2.7μA。那里没有太大的变化，但仍然很重要。如果打开RT时钟，电流在25°C时为2.1μA，在85°C时为3.6μA。使用3 V电源运行A/D可增加75μA电流。从待机到激活，快速唤醒时间不到5μs。

您可以在Digi-key网站上找到有关MSP430系列功耗的TI产品培训模块。

十种功耗模式下一步让我们来看看其32位Kinetis K20系列中的飞思卡尔器件（图4）。 MK20DX256ZV具有10 MHz Cortex M4内核，256 KB闪存和25通道16位A/D.该器件还具有CRC，存储器保护单元，电容式触摸单元，WM和64 KB的SRAM。电源电压范围为1.71至3.6 V，可管理1.25 Dhrystone MIPS/MHz。

图4：飞思卡尔MK20DX256ZV MCU的特性。

运行在12.5 MHz且外围设备关断电源电流约为5.5 mA，在85°C时电流大致相同。该芯片有10种电源模式。在CPU静止的停止模式下，所有寄存器都保持不变并且A/D有效，来自2.0 V电源的电流约为310μA。在85°C时，在相同模式下，电流为380μA。停止模式的唤醒时间为4.5μs。在K20的最低功耗模式下，仅保留32字节寄存器，电流仅为220 nA（电源= 3.0 V），但在85°C时上升至5.50μA。从这种模式完全操作需要130μs。