第1部分介紹了低功耗微控制器的唯一可用基準(zhǔn)，并研究了兩個(gè)參數(shù)：電源電壓和商定的溫度。在第 2 部分中，我們將介紹基于 EEMBC 組織的公共基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)和文檔。

相對(duì)于這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表和描述（如應(yīng)用程序說(shuō)明）是了解公司產(chǎn)品能源需求數(shù)據(jù)的來(lái)源。大多數(shù)工程師能否在沒(méi)有廣泛研究的情況下根據(jù)現(xiàn)有文檔做出正確的決定？

問(wèn)題 1：您如何評(píng)估基準(zhǔn)數(shù)據(jù)？它們相對(duì)于數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)有何關(guān)系？

根據(jù)EEMBC基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果（BV而不是EEMark-CP），我們計(jì)算工作電流和休眠電流，作為幾個(gè)設(shè)備的示例。結(jié)合EEMBC軟件的運(yùn)行時(shí)間和數(shù)據(jù)表參數(shù)，我們可以確定計(jì)算（典型參數(shù)）和測(cè)量結(jié)果之間的偏差。為了驗(yàn)證是否可以進(jìn)行評(píng)估，我們獲取公共數(shù)據(jù)。

計(jì)算

基準(zhǔn)聯(lián)盟定義了以下公式：

BV= 1000 /E

E是 10 個(gè) ULPBench 周期的平均值，因此是每秒的能量需求。 以 uJ/s 表示，

是電子標(biāo)記-CP 的含義。EBV

根據(jù)這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，我們使用以下公式計(jì)算平均能源需求：

E= 1000 /BV

E是 uJ/s，或一秒內(nèi)使用的能量。

平均電流消耗可以使用以下公式計(jì)算：

I（平均）=E / V

V是電源電壓 - 在實(shí)際測(cè)量中，可以取實(shí)際測(cè)量的電壓。

從數(shù)據(jù)手冊(cè)中，我們給出了休眠模式階段的典型電流消耗。然后根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（BV）和I（待機(jī)）計(jì)算出運(yùn)行模式下計(jì)算出的運(yùn)行模式（I（RUN_avg））的平均電流。

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)和建議的工作頻率，我們計(jì)算供應(yīng)商在運(yùn)行模式下的電流消耗I（RUN）。I（RUN）是基于數(shù)據(jù)手冊(cè)信息的值，而I（RUN_avg）是基于計(jì)算值。

EEMBC 網(wǎng)頁(yè)上發(fā)布的數(shù)據(jù)并不總是顯示操作模式時(shí)間。因此，區(qū)分操作和RTC模式的能量將是困難的。結(jié)合操作模式（t（RUN_cR/D）或t（RUN_D））的時(shí)間，可以在測(cè)量數(shù)據(jù)E_BV_cR和數(shù)據(jù)表參數(shù)E_D之間比較能耗。

［圖6a/b|來(lái)源是EEMBC基準(zhǔn)值和供應(yīng)商的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表和報(bào)告。我們列出了五個(gè)設(shè)備作為示例。需要澄清 EEMBC 文檔和數(shù)據(jù)表值。

ULPBench-CP頁(yè)面上列出的消耗能量根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)參數(shù)顯示與結(jié)果的偏差。偏差不能根據(jù)純數(shù)據(jù)手冊(cè)參數(shù)和ULP-Bench參數(shù)來(lái)確定。這種偏差可能來(lái)自典型的數(shù)據(jù)變化或開(kāi)關(guān)損耗，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中沒(méi)有提到。在某些應(yīng)用中，測(cè)量與數(shù)據(jù)手冊(cè)之間的偏差起著次要作用。在現(xiàn)代傳感器應(yīng)用中，例如使用加速度計(jì)和測(cè)量數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要幾Hz至KHz的采樣率。然后，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)導(dǎo)致顯著的能耗。將真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字域是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。需要在這方面開(kāi)展進(jìn)一步活動(dòng)，因?yàn)槟壳暗幕鶞?zhǔn)只代表對(duì)用戶(hù)有限的價(jià)值。在物聯(lián)網(wǎng)傳感中，還必須考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸。

問(wèn)題2：描述和數(shù)據(jù)手冊(cè)參數(shù)是否有助于評(píng)估最壞情況下的能耗？

在圖6中，列出了操作和睡眠模式的能耗。這個(gè)比例從3：4一直到2：1。使用數(shù)據(jù)手冊(cè)，您意識(shí)到，電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用壽命所需的大多數(shù)參數(shù)都缺失了。2016年2月的數(shù)據(jù)手冊(cè)ADuCM3027 REV.PrF（顯示在ULP分?jǐn)?shù)@EEMBC上）給出了3 V和25°C時(shí)的典型數(shù)據(jù)，但沒(méi)有最大數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)手冊(cè)Rev.PrG中，可以找到參數(shù)運(yùn)行模式數(shù)據(jù)，但沒(méi)有關(guān)于低功耗電流的信息。Ambiq Micro Inc.的數(shù)據(jù)手冊(cè)（“Apollo MCU 數(shù)據(jù)表 2016 年 2 月開(kāi)始的修訂版 0.9”）僅包含以 uA/MHz 為單位的典型電流消耗數(shù)據(jù)，內(nèi)部 RC 振蕩器 （HFRC） 的頻率為 24 MHz。

問(wèn)題 3：您如何理解 RUN 模式下的當(dāng)前數(shù)據(jù)？

運(yùn)行模式下的電流主要以 uA/MHz 表示。大多數(shù)低功耗MCU/SoC的工作性能低于其半導(dǎo)體工藝的性能可能性。我們可以假設(shè)以u(píng)A/ MHz為單位的線性電流消耗增加，基于這一事實(shí)，在公布的數(shù)據(jù)中將有一個(gè)有趣的畫(huà)面。

［圖7a/b|工作頻率范圍內(nèi)的電流消耗］

在LDO/線性調(diào)節(jié)模式和DC/DC模式下，電流消耗有不同的數(shù)據(jù)。一些數(shù)據(jù)手冊(cè)指出了特定頻率下的電流消耗，其他數(shù)據(jù)手冊(cè)則顯示了每MHz的電流。電流消耗無(wú)法精確確定。某些數(shù)據(jù)以最大數(shù)據(jù)形式給出。產(chǎn)品壽命或操作安全性（能量收集）不能根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

阿波羅數(shù)據(jù)表修訂版 0.9（安比克微型公司）僅顯示一個(gè)頻率的參數(shù) - 在 3.3V/1.8V 和 24MHz 的 HFRC（高頻 RC）下。有分頻器可用，但處理器內(nèi)核似乎只能在24MHz下工作;未校準(zhǔn)值，典型值 +/- 2%。它可以使用 32.768 KHz 晶體（XT 振蕩器）進(jìn)行校準(zhǔn)。此外，沒(méi)有其他晶體的選項(xiàng);這在時(shí)鐘發(fā)生器中是無(wú)意的。

您可以在SiLabs應(yīng)用筆記AN0027中找到另一個(gè)例子。

［圖8|數(shù)據(jù)表顯示了現(xiàn)有基極電流下的不同上升斜率（mA/MHz）。發(fā)布的圖表證實(shí)了這一點(diǎn)。資料來(lái)源：硅實(shí)驗(yàn)室，AN0027 修訂版 1.03。

根據(jù)此圖（不是從28 MHz預(yù)先縮放），我們可以假設(shè)對(duì)于預(yù)定的頻率，需要考慮大約55uA的靜態(tài)基極電流和大約156 uA/MHz的動(dòng)態(tài)部分。當(dāng)應(yīng)用在“預(yù)縮放”情況下運(yùn)行時(shí)，消耗的基極電流要高得多。在“預(yù)縮放”模式下，您可能會(huì)期望更差的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，或者以不同的方式表達(dá)它，設(shè)備需要更多能量用于同一程序，或者在給定的有限能量源下運(yùn)行更短。

數(shù)據(jù)手冊(cè)本身沒(méi)有說(shuō)明基極電流。對(duì)于基極電流，您可以在應(yīng)用說(shuō)明中找到：靜態(tài)功率，內(nèi)核域：34 uA@25°C，3 V。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，您可以找到靜態(tài)基極電流：155 uA/MHz （@ EM0， 14 MHz， 高壓、3.0 V）。在 1.2 兆赫（在 EM0、1.2 兆赫、高壓、3.0 V）下，該圖顯示約 242 uA。對(duì)于這種情況，數(shù)據(jù)手冊(cè)指出，典型值為200 uA（典型值）和240 uA（最大值）。因此，圖形值超出典型范圍。它高于數(shù)據(jù)手冊(cè)值 - 在這種情況下，比典型值高20%！

問(wèn)題4：能否估算能源需求？溫度曲線是否可以在沒(méi)有復(fù)雜的硬件設(shè)置和調(diào)查的情況下使用？

我們?nèi)匀粚⒀芯恐攸c(diǎn)放在MCU/SoC設(shè)備上。半導(dǎo)體的電流消耗，特別是最新的高性能半導(dǎo)體工藝，非常依賴(lài)于芯片（或芯片）溫度。雖然高性能處理器和高性能應(yīng)用中的內(nèi)部溫度始終高于環(huán)境溫度，但節(jié)能MCU/SoC并非如此。在節(jié)能型 MCU/SoC 中，環(huán)境溫度對(duì)于應(yīng)用壽命非常重要。在“高”溫度（例如85°C/185°F）下，只有幾度的溫度變化會(huì)導(dǎo)致能耗的顯著差異。只有在恒溫恒溫室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，才能在基準(zhǔn)中獲得精確的數(shù)據(jù)。Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 頁(yè)，很好地說(shuō)明了這一點(diǎn)。隨溫度變化顯示的電流消耗值是在以下工作條件下測(cè)量的：

? VDDIN = 3.3 V（曲線左側(cè)的值）和 1.8 V（曲線右側(cè)）

? 啟用超高效液化石油氣

? RTC 在外部 32 KHz 晶體上運(yùn)行

? BOD33 被禁用

對(duì)于圖9中的圖示，數(shù)據(jù)取自數(shù)據(jù)手冊(cè)。

［圖9|在備份休眠模式下，RTC 模式下的量較低，為 20°攝氏度，但在85°時(shí)顯著;消耗的能量高出5倍。來(lái)源：Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 頁(yè)］

根據(jù)圖6a/b中的數(shù)據(jù)，運(yùn)行模式和睡眠模式（或RTC模式）的能量需求大致相同。睡眠模式下的能量需求將作為整個(gè)能量消耗的一部分占主導(dǎo)地位。例如，在電池操作中，應(yīng)用在85°C時(shí)的使用壽命將縮短。

在現(xiàn)實(shí)生活中，大多數(shù)應(yīng)用都會(huì)暴露在溫度變化中并在非恒定溫度下運(yùn)行。應(yīng)對(duì)上述情況至少需要兩個(gè)條件：

首先，數(shù)據(jù)手冊(cè)必須包括典型數(shù)據(jù)以及不同溫度下電流的最大數(shù)據(jù)，或者應(yīng)包括溫度范圍內(nèi)的電流消耗曲線。

其次，用戶(hù)需要一個(gè)相對(duì)精確的溫度曲線，該曲線與應(yīng)用的生命周期相關(guān)。這是由用戶(hù)控制的，出于質(zhì)量原因，用戶(hù)可以或?qū)⒋_保輪廓的精度。

我們只問(wèn)了四個(gè)可能的問(wèn)題。評(píng)估證實(shí)，如果沒(méi)有供應(yīng)商的進(jìn)一步支持，就無(wú)法進(jìn)行應(yīng)用壽命計(jì)算，例如提供的電池。眾所周知的“嘗試和錯(cuò)誤”公式不會(huì)讓你在質(zhì)量部門(mén)成為朋友。

審核編輯：郭婷