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超低功耗MCU应用急增,厂商加速技术创新

楼主 DC 于 2008-07-21 03:56:19

超低功耗MCU应用急增,厂商加速技术创新

搞自：电子工程专辑

无线感测网络、烟雾警示器、便携式医疗装置、水表、遥控器等越来越多的电子产品需要长时间工作在休眠状态，但它们一旦需要工作时，则需要迅速唤醒。这类应用对MCU的需求则是休眠时需要极低的电流、工作模式下需要动态电压控制、唤醒时则响应时间要快，当然还有体积小成本低的特点。随着越来越多的应用出现，如今这一市场已成为不少MCU厂商关注的焦点，他们也花更多精力投入到此类应用的创新上。在日前的IIC上，TI和Silicon Labs都在此领域推出创新的方案，但是双方的策略则大不相同。

TI通过推出业界静态电流最小的LDO(500nA)，配合超低功耗MSP430，使其在原来功耗上再减半；而Silicon Labs则是通过集成DC/DC或LDO来使得休眠功耗降低，操作电压低至0.9V。两者实现的方式不同，各有优势。
集成DVS的最低静态电源LDO
TI在IIC上推出了支持双电平电压输出的150mA低压降线性稳压器(LDO)——TPS780xx，特别满足基于MSP430微控制器的电池供电设备的要求。据TI表示，这款LDO实现了仅为500nA的业界最低静态电流，此外，其可选的双电平输出电压，能使微处理器进入休眠模式后动态转换至更低的电压电平。借助采用EPROM的独特架构，上述双电压电平LDO在出厂时就进行了预设置，可支持0.8V至5.0V可调或固定输出电压范围。“TPS780xx带来的省电有两个方面，一个是自身耗电降低，静态电流仅为500nA；另一个则是通过VSET引脚实现双电平选择使MCU的待机功耗降低一半。”TI便携式电源管理总监Uwe Mengelkamp表示。

该LDO无需外部部件，即可实现动态电压缩放(DVS)功能，也就是该款LDO集成了DVS功能，这样可以省去四个外围的分离器件，包括三个电阻和一个MOSFET管，除了降低成本外，还简化了基于MSP430应用的电源设计。
“使用TPS780xx，能为MCU带来两大好处：一是静态电流降低；二是动态电压控制。”Mengelkamp说道，“前一个好处特别适合于超低功耗的MCU应用，而后一个好处则对所有MCU都合适。”因此，TPS780xx除了可以配合MSP430外，也可配合其它MCU使用。

他接着指出，目前的低功耗MCU方案还没有一个基准，希望这款LDO能建立一个业界新的基准。他不赞成将LDO，DC/DC等集成进MCU中，他解释：“由于两者的工艺不同，结合在一起时，MCU则需要向电源IC的工艺靠拢，这样可能会阻止MCU采用更先进的工艺，从而使得MCU的成本失去竞争力。”

但是，另一家公司，Silicon Labs则正是将DC/DC和LDO进成进低功耗的MCU中，以实现更低的功耗。

操作电压低至0.9V的MCU，实现单电池供电
[HR]
Silicon Laboratories(芯科实验室有限公司)在IIC期间发表了操作电压最低0.9V的微控制器，使便携式产品首次能从一颗电池取得所需电源。与之前该公司的MCU不同，此款超低电压C8051F9xx采用了全新的结构。该公司副总裁暨总经理Derrell Coker表示：“F9xx系列产品是我们完全从零开始设计的，特别针对超低功耗的应用。0.9V的操作电压可望开创业界之最。”

C8051F9xx采用最小仅4×4毫米的封装，除了继承上一代产品集成了10位高精度ADC、SmaRTClock振荡器、64kB闪存和4kB RAM等特点外，最大的亮点在于集成了LDO或者DC/DC。在双电池模式时采用LDO，单电池模式时采用DC/DC，从而在两种模式下都能高效率的提供1.7V微控制器核心电源。即使操作电压低至0.9V时，该MCU也能照常工作，这使得便携式产品首次能从一颗电池取得所需电源(单颗电池的最低电压为0.9V)。

低功耗C8051F9xx可用单节电池代替双节电池供电

Coker进一步解释，在单池模式下，集成于MCU内的DC/DC升压转换器效率可高达80-90%，提供1.8-3.3V可编程输出电压，最大提供65mW电源给外部装置使用。他分析说，如果采用外置的DC/DC效率会低很多，特别是在低电流情况下，外置DC/DC的效率仅为50-70%。且外置DC/DC不能提供完全地休眠模式，因为DC/DC转换器的操作不能间断，通常仍需要20uA的电流。

在双电池模式时，他们选择了LDO与MCU集成。能提供固定输出电压和电流，不受电池剩余电压的影响。“某些竞争对手的产品中，MCU的电流会受到电池电压的影响。”他提示。他对记者解释道，在双电池串联模式时，之所以选择LDO而没有选择效率更高的DC/DC，是因为根据电池放电曲线，两节串联电池的电压在使用过程中很快就降到2.8V以下，同时该MCU核心具备170μA/Mhz的工作电流，极低的压差加上极低的工作电流，使得采用LDO同样能达到高效率。

F9xx使得单节电池供电成为可能。同容量的电池，F9xx只需一颗，而竞争对手方案中需要两颗，且电池寿命基本相同。而设计双节电池供电的目的是可提高电池寿命。Coker解释，比如可改用目前两颗串联的电池为并联电池，可将电池寿命延长近一倍。

“在许多操作范围从0.9V到3.6V的低耗电应用里，微控制器多数时间都在休眠模式，并会定时唤醒撷取资料。C8051F9xx利用创新的设计技术将典型休眠模式电流减少到50nA以下，并可于2微秒内从低耗电休眠模式回到CPU处理速度高达25MIPS的正常操作模式，并立即开始测量模拟数字转换器的输出，这能将微控制器执行测量和算法的时间减到最少。为了节省正常操作模式下的电池耗电，C8051F9xx的省电架构能将操作模式电流减少到170μA/MHz。”Coker总结道。

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