前言
     可穿戴設備、便攜設備、追蹤器、RFID、支付Ukey、 儀器儀表等需要高性能、低功耗、小體積的場合。這類應用 通常都是低占空比的應用場合，也就是說設備在一天24小時 內的絕大多數時間是不工作的或者只需要保持在計時狀態， 進入工作狀態的方式是通過定時喚醒或者外界信號喚醒，喚 醒后的一般動作是讀取系統狀態、處理并保存數據、一些算 法處理、然后進入待機或不工作狀態。
     業界針對此類應用通常的選擇辦法有以下幾種。一， 選擇一顆功耗較低的8位機或者16位機。誠然，8位機或者16 位機成本確實很低，但是性能往往不能滿足需求，因為對于 這類應用而言，喚醒后的工作時間越短越利于降低功耗，而32位機相較于8位機和16位機而言，相同主頻下代碼執行效 率大大提高，可以在功耗不明顯增加的情況下大大縮短喚 醒后的工作時間；并且通常8位機的尺寸都沒法做到32位機 可以做到的小尺寸。二，選擇一顆超低功耗的32位MCU。 高 性 能 、 小 尺 寸 可 以 滿 足 ， 但 是 因 為 即 使 是 超 低 功 耗 的 MCU，待機功耗還是μA級，整體算下來功耗還是不能做到 極致低。
     結 合 以 上 兩 種 設 計 的 不 足 ， 筆 者 設 計 一 種 基 于

圖1  亞閾值功率優化技術原理
GD32F130G8U6和外置超低功耗RTC (AM1815)的解決方案，整體待機功耗可低至14nA，可以完美解決以上問題，
具體實現方法如下。

1 方案說明
通 過 使 用 兆 易 創 新 ( g i g a d e v i c e) 的 高 性 能 3 2 位 M C U GD32F130G8U6和Ambiq Micro 的超低功耗RTC  AM1815 來代替單顆低功耗MCU的方案。 待機狀態下， MCU完全 shutdown，只有RTC工作，保持計時以及保存重要備份數 據；工作狀態下，MCU被RTC喚醒，執行程序，工作執行 完畢給RTC發sleep指令，控制RTC關閉MCU電源。RTC喚醒 MCU的方式可以是IO口電平變化邊沿觸發，也可以是定時 觸發。該方案相對于單芯片方案的主要優勢有以下幾點。高性能 GD32F130G6U6主要特性： ARM Cortex-M3 內核；
最大時鐘頻率72Hz，內核訪問閃存高速零等待；單周期乘法器和硬件除法器；NVIC中斷嵌套支持16個中斷， 每個中斷有16個優先 級；
64K flash、8K SRAM；高性能模擬外設，1個12bit的ADC，支持10路通道，最 快轉換時間1us；多種外設接口，2個USART，2個SPI(18Mbit/s)，2個I2C(400Kbit/s)；片上1個高級定時器，1個系統定時器，最大支持6個通 用定時器，1個DMA；

圖2  AM1815典型應用電路圖
支 持 上 電 復 位 ( P O R ) ， 掉 電 復 位 ( P D R ) 和 低 壓 檢 測(LVD)；28pin封裝，23個可用IO； 內部高速時鐘(8MHz)和內部低速時鐘(40kHz)。 超低功耗： 工作狀態：MCU運行功耗245μA/MHz，RTC 14nA； 待機狀態：MCU功耗 0，RTC 14nA。 待機狀態下該系
統的待機功耗僅為14nA，即使是市面上在低功耗上做得最好的MCU廠家(比如Energy Micro)，其 生產的MCU的待機功耗也要比以上系
統至少高一個數量級 以上。當系統長時間處于待機狀態的時候，該系統在低功耗 上極具優勢。

2 AM1815實現超低功耗原理
Ambiq Micro 是一家專注于研發生產低功耗芯片產品的 美國公司，其產品采用先進的SPOT技術（亞閾值功率優化 技術），SPOT技術上世紀由物理學家發現，2004年開始由

美國密西根大學研究，經過六年發展，2010年正式應用到產 品里面，SPOT技術重新定義了超低功率半導體的含義，為 芯片建立了新的標準，從而使得功耗做得更低。SPOT平臺 采用在亞閾值電壓(低于0.5V)下運行的晶體管，而不是使用 一直在1.8V下保持開啟的晶體管。
小尺寸GD32F130G8U6封裝可以做到4mm*4mm，AM1815封裝 尺寸3mm*3mm。采用GD130+AM1815可以有效減小PCB設 計尺寸。
低成本GD130屬于cortex-M3核的超值型MCU，價格甚至低于 一些M0核的MCU和8位機。而AM1815雖然可以做到極致低 功耗，但本身還是一顆RTC，價格也不貴。筆者曾經對比過 GD130+AM1815兩顆加起來的價格，甚至低于很多主打超低 功耗的M3核和M0核的MCU。（未完待續）