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2011-09-07

全世界最低功耗的MCU 讓電池壽命延長達4倍以上

2011/09/07-李佳玲
 
嵌入式系統的應用市場非常廣大,涵蓋工業、消費性及汽車等眾多領域。過去因功能訴求單純,8位元及16位元微控制器(MCU)已堪使用,然而,隨著市場對操控性、連結性的需求升高,加上32位元MCU的使用方便及平價化,對8/16位元市場的取代效應已經浮現,而ARM的低功耗Cortex-M3架構則是近來MCU市場的主流。
 
目前嵌入式市場朝向加值性、節能、人性化介面、遠端連結、軟體應用等5大方向發展。隨著環保意識抬頭,各國紛紛訂出相關的環保標章,而節能是其中的要求重點,這為嵌入式產品帶來新的設計門檻。
 
嵌入式設計要求低功耗、小尺寸、低成本、廣泛的連結性,以及高可靠度等,ARM Cortex-M不僅能滿足這些需求,更能提供彈性的CPU、Graphics、IO和數位訊號處理系統架構來得到產品的區隔性,同時支援高度的安全性。目前市場上已有眾多全球一線大廠推出基於ARM核心的微控制器,然而在低功耗設計上,Energy Micro殺出重圍推出業界最低功耗MCU,EFM32 Gecko、Giant Gecko和Tiny Gecko微控制器產品,做到僅有市面上8、16及32位元產品的4分之1功耗,也就是能將電池壽命延長達4倍以上。

Energy Micro大中華區業務總監Jeff Su指出,為了落實最低功耗的產品定位,除了處理器核心外,其他的類比與數位功能都自行研發設計,這樣才能全面性地改善微控制器的設計架構。

EFM系列MCU支援EM0~EM4等5種功耗模式,在全功能運作下的EM0模式(Run)下,只消耗160µA/MHz,在最省電的EM4模式(Shutoff)下,消耗電流更是僅僅只有20nA。除了從睡眠到喚醒的時間只需2µs外,更值得一提的是,透過獨創的PRS技術,其MCU在進入休眠狀態時,其他的週邊仍能獨立運作,讓系統能維持在低功耗的狀態下。

Jeff Su表示,讓EFM32能實現超低功耗的10個理由,分別是極低的工作耗能、降低運作時間、快速的休眠喚醒時間、極低待機電流、自主周邊操作、周邊反射系統(Peripheral Reflex System;PRS)、架構良好的能源模式、高效能周邊裝置、先進能源監控功能及能源感測軟體、簡易快速的產品開發工具等。

進一步來看,EFM32 MCU從休眠到喚醒工作所需的時間只要2μs,深度睡眠模式下的電流功耗為900nA,關閉模式下為20nA,這些表現已遠優於市面上的其他產品。但這只是EFM32 MCU的基本特性,它們還支援自主周邊操作及周邊反射系統,讓處理器儘量處於休眠狀態,但周邊元件仍能自主且協同地完成一些工作。

Jeff Su指出,5段式的能源架構,讓系統能依需求彈性地調整能源應用模式,也有助於大大提升節能的成效。這5個模式分別是EM0的Run Mode,功耗為160μA/MHz;EM1的Sleep Mode,功耗為45μA/MHz;EM2的Deep Sleep Mode,功耗為900 nA;EM3的Stop Mode,功耗為600 nA;EM4的Shutoff Mode,功耗只有20 nA。

透過最佳化的系統配置,這5種能源模式可分別運作於系統的每個元件當中,針對處理器與記憶體、時脈、電力系統、串列介面、I/O埠、定時器和觸發器、類比模組及安全機制進行彈性的工作管理,在工作效率與功耗表現上達到最理想的平衡點。

 

 

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