消費和工業應用中的低功耗考量
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產品組件的不斷進步讓工程師能夠使用新概念和新技術解決初期產品的功率使用限制問題。微控制器（MCU）是降低功耗的主要因素，這是基于以下兩點原因：首先，MCU自身在消耗功率；其次，MCU負責控制同樣會消耗功率的其他系統組件。因此，MCU制造商需要在他們的最新產品設計中結合一些低功耗特性。
本文將重點介紹目前有哪些舉措可滿足這一市場需求、已經使用了什么方法、以及需要增加哪些功能來減少功耗。同時，本文還對在應用設計中如何充分利用這些方法和功能進行了闡述。
低功耗的MCU芯片
以Freescale為例，其Flexis系列MCU實現了消費電子和工業應用領域的低功耗設計。從RS08到飛思卡爾性能最出色的 ColdFire v4處理設備，都是Controller Continuum利用兼容性能，提供性能頻譜向上或向下輕松移植的路徑。Controller Continuum上的連接點是S08和ColdFire v1微控制器，它們共用外圍設備和開發工具，以實現最好的移植靈活性。許多Flexis微控制器設備之間具有引腳對引腳的兼容性，允許控制器交換，無須重新設計板卡，并讓MC9S08QE128 (S08)和MCF51 QE128 (ColdFire v1)保持原來的樣子。
功率與性能對比
系統設計人員必須平衡功耗（主要測量參數，單位A）和性能（單位MIPS）之間的關系，才能滿足應用的需求。總之，組件計時越快，消耗的功率越高。在運行時間最長的應用中，最經濟高效的解決方案就是將運行速度降到系統能夠允許的最低速度。電機控制就是一個很好的例子。如果關鍵功能是通過 ADC信道來轉換信號，根據Nyquist定律，ADC的計時速度不可能低于最低頻率，從而限制運行MCU的速度。在許多案例中，該應用會盡快執行預定任務，以便MCU快速轉換到很低的功率狀態，從而實現最低整體功耗。例如，煙感器只需要每5秒鐘喚醒一次，讀取數據、做出決策、然后回復睡眠狀態。這種方法在使用電池的設備中非常普遍。這類系統有將近99%的時間都處于睡眠狀態。
為了啟用這類系統，將快速時鐘開關和快速喚醒程序整合可幫助應用設計者達到他們的目標功耗要求。
圖1和圖2分別是煙感器模塊圖和功率與時間對比圖。MCU包括一個煙室主輸入和兩個輸出——警報和發光二極管（LED）。MCU上的實時時鐘(RTC)模塊可以從“停止2”（Stop 2）模式上定期喚醒設備，支持運算放大器讀取數據和處理數據，確定LED和警報狀態。然后MCU重新進入停止2模式以節約能量。HCS08在停止2模式中需要的電流比ColdFire V1控制器相同部件所需電流略低，但S08 CPU具有的內置數據處理功能也更低。圖2對兩種設備的功率和時隙進行了對比，以幫助選擇最適合具體應用情況的解決方案。在任務執行速度是最關鍵問題的應用中，MCF51QE128 ColdFire V1微控制器設備可能是更好的解決方案。這兩種產品的引腳兼容性意味著可以使用相同板卡、軟件和工具，快速、輕松地從一種策略移植到另一種策略。
圖1 煙感器模塊圖
圖2 功率與事件對比圖
時鐘選擇
QE128（包括S08和ColdFire v1微控制器產品）的核心是內部時鐘源模塊（ICS），如圖3所示。這個模塊支持設計人員選擇32kHz～16MHz的任意外部參考時鐘（ERCLK）或者選擇可在31.25～39.06kHz之間進行修整的任意內部參考時鐘（IRCLK）。ICS的核心是鎖頻環（FLL）模塊，該模塊能將輸入時鐘提高數倍，最高可達50MHz。FLL的輸入時鐘也稱FLL參考時鐘。該時鐘必須在 31.25～39.06kHz頻率范圍才能讓FLL運行正常。這對內部FLL參考時鐘來說操作并不復雜，要做的全部事情就是將頻率修整到正確范圍。外部參考時鐘頻率高達16MHz，可以通過參考分配器（RDIV）分壓，可編程數量為1～1024個。如果需要低頻總線，還可以避開FLL。將時鐘信號輸入 ICSOUT信號之前，可以使用另一個分配器模塊即總線頻率分配器（BDIV）將時鐘信號除以1、2、4或8，所以MCU總線時鐘是ICSOUT除以2。
圖3 內部時鐘源模塊
ICS還控制一個獨立的1kHz的低功率振蕩器（LPO），該設備可供RTC和看門狗（COP）使用。這種功能可以用于達到EN60730標準的要求。EN60730標準專門針對家電及類似應用的自動電控。
實現MCU靈活性的關鍵是能夠在不同模塊上同時使用內部和外部振蕩器源。這意味著一些模塊的運行速度要低于另一些模塊，從而可以降低功耗
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