在本專欄中，我們將了解在系統級別控制電源，包括外部外圍設備和穩壓器的電源控制。

上一次，我們探索了使用高級電源模式和集成外設來優化功耗。在本專欄中，我們將了解在系統級別控制電源，包括外部外圍設備和穩壓器的電源。

如上一專欄所述，1） 靈活且精細的功耗模式，2） 能夠在低功耗模式下運行且獨立于 CPU 的專用外設，以及 3） 可編程模擬和數字邏輯有助于優化可編程片上系統 （PSoC）。但是，在系統級別，還有其他外圍設備連接到 PSoC，它們也會消耗電力并導致物聯網節點的電池消耗。圖 1 顯示了一個示例。

圖 1. 帶有外部外設的 PSoC

為了在系統級優化功耗，還必須控制這些組件的功耗。許多外圍設備，例如存儲器和傳感器，都帶有一個選項，可以在不需要使用時關閉它們。這是使用“關閉”引腳或標準通信接口上的命令來完成的。但是，在某些情況下這是不可能的。讓我們從上一篇專欄中舉一個例子 - 一個直流信號鏈，其中一個橋式傳感器通過內部運算放大器與 PSoC 的 ADC 接口。橋式傳感器是四個阻抗的無源集合。因此，它始終從參考電源中獲取電力，即使與其接口的外圍設備已關閉。然而，使用靈活的 GPIO 和內部邏輯對設計進行輕微修改，即可解決此問題。

圖 2. 使用 GPIO 為外部橋式傳感器供電

如圖 2 所示，該橋現在通過 GPIO 供電。這也提供了到 ADC 的模擬連接，用于測量電橋激勵電壓并對其進行補償。當 Pin_0 處于邏輯高電平且 Pin_3 處于邏輯低電平時，橋接器被供電。當不再需要電橋測量時，除了關閉內部模塊外，這還可以通過使 Pin_0 和 Pin_3 處于邏輯高阻抗狀態來消除流過電橋傳感器的電流。

并非所有外部外設都可以從 PSoC 供電，有些可能完全沒有“關閉”引腳或命令。這些外圍設備不斷地從電源中汲取電力。在大多數情況下，電源將具有一個電源管理 IC （PMIC），可為 PSoC 以及外部外圍設備提供穩壓電源。調節器本身在活動時會消耗功率。除了內核在低功耗模式下的功耗外，外設和穩壓器的空閑功耗決定了系統可以達到的最低功耗。要獲得最佳效率，請關閉穩壓器。然后，系統可以進入“備份”域以維持內部實時時鐘 （RTC） 并在外部事件（例如按鈕按下）時喚醒。

圖 3. 關閉外部穩壓器

備用域使用由備用電源（如電池或超級電容器）提供的單獨電源域添加“始終開啟”功能（參見圖 4）。備份域包含一個具有鬧鐘功能的實時時鐘 （RTC），由手表晶體振蕩器 （WCO） 和 PMIC 控制提供支持。備用域的電源在主電源和備用電源之間自動切換。備用電源通常連接到獨立電池，例如紐扣電池或超級電容器。在超級電容器的情況下，它在調節器和系統的其余部分處于活動狀態時充電。

圖 4. 備份域的詳細信息

圖 5. 控制系統級功耗的備份域

當整個系統需要進入可達到的最低功耗狀態時，系統可以指示 PMIC 關閉。PMIC、外部外圍設備和內部外圍設備（由備用電源運行的除外）被關閉。系統可以使用以下兩個選項之一從該狀態喚醒 - 內部 RTC 警報事件或外部引腳輸入。利用備用域可顯著延長物聯網系統的電池壽命，同時使能量收集等其他電源選項變得可行。

能量收集是從操作環境（如光能、熱能和機械能）中獲取能量的過程。從系統級的角度來看，能量收集可能是一種改變游戲規則的替代方案，而不是總是從電池中獲取電力。當超低能量系統需要少量電力時，能量收集是可行的。太陽能模塊是最流行的能量收集解決方案，因為它們容易獲得、易于使用且成本低。然而，隨著智能鞋等可穿戴設備暴露在運動中，壓電和電磁動能收集變得很有吸引力，因為它們可以產生更高電壓的大量電力。熱電發電機是工業應用中利用熱能發電的絕佳選擇。

盡管能量收集提供“免費”能量，但它需要精心設計的電子設備從不同的能源中為物聯網節點提供持續的供應。更重要的是，應盡量減少泄漏。使用備份域可使系統進入最小泄漏狀態，該狀態仍可保持在定時事件和外部輸入上喚醒的能力。

審核編輯：郭婷