當 MCU 功耗剛開始成為重中之重時，設計人員可以簡單地查看數據表來比較有功功率，希望它們都處于相同的頻率，并據此做出判斷。比較睡眠模式下的功耗并不是那么困難，盡管您必須確保它們都指定 RTC 開啟、其他時鐘停止、數據保留、其他外設處于三態或關閉狀態等等。即便如此，隨著 MCU 供應商在幾何曲線上遵循摩爾定律，有功功率的節省被增加的漏電所抵消，這使得睡眠模式變得越來越沒有完全關閉芯片部分的吸引力。

　　今天，比較不同 MCU 之間的功率規格變得更加復雜，因為供應商已經實施了可能無法直接比較的各種低功耗模式。由于大多數應用中的 MCU 通常將大部分時間花在一種或多種睡眠模式中，因此問題就變成了 MCU 能否從這些模式中的每一種足夠快地返回到運行模式以完成手頭的任務。本文將探討喚醒時間作為評估給定斷電模式是否適合給定應用的重要變量。因此，喚醒時間已成為一項重要的低功耗規范。

　　醒來！

　　最新一代的 MCU 具有多種睡眠模式，每種模式都涉及關閉越來越多的功能。瑞薩電子 RX111具有三種掉電模式：休眠、深度休眠和軟件待機，如圖 1 所示。

　　圖 1：瑞薩電子 RX111 功耗和喚醒時間（瑞薩電子提供）。

　　RX111 有多種運行速度，睡眠和深度睡眠模式下的功耗取決于外設時鐘的速度，因為 I/O 引腳和高速片上振蕩器 （HS OCO） 保持活動狀態即使 CPU 時鐘已關閉。

　　在睡眠模式下，CPU 停止并保留數據。32 MHz 睡眠模式下的功耗通常為 6.4 mA，返回運行模式需要 0.21 μs。

　　在深度睡眠模式下，CPU、RAM 和閃存停止并保留數據，但多個外設保持活動狀態。在 32 MHz 時，RX111 消耗 4.6 mA 電流，需要 2.24 μs 喚醒并進入運行模式。

　　在軟件待機模式下，PLL 和除副時鐘和 IWDT 之外的所有振蕩器都停止；幾乎所有模塊都被關閉，但數據被保留。此模式下的電流消耗從 350 到 790 nA 不等，具體取決于是否使用 LVD 和 RTC 功能。在 32 MHz 時，CPU 需要 40 μs 才能返回運行模式。

　　關閉的功能越多，芯片消耗的功率就越少，但喚醒并執行有意義的工作所需的時間就越長。如果喚醒到慢速運行模式，喚醒時間可以大大縮短。例如，如果 CPU 以 4 MHz 運行，RX111 需要從軟件待機跳轉到運行模式所需的 40 μs 縮短到 4.8 μs，這可能足夠快，可以定期檢查傳感器數據。

　　喚醒時間通常是決定設計人員在應用程序的任何給定點可以使用哪種斷電模式的限制因素。監控電池電壓的 RX111 應用程序（例如掉電檢測器）可能以 1 MHz 運行，大部分時間處于軟件待機模式（消耗 0.9 mA）并在 15.8 μs 內喚醒。另一方面，不斷輪詢的高速數據處理應用程序可能只能斷電進入睡眠模式（32 MHz 時為 6.4 mA），以便足夠快（在 0.21 μs 內）喚醒以解析標頭并確認收到。

　　快速低功耗 32 位 MCU

　　選擇最適合給定應用的低功耗 MCU 始終涉及“四個 P”：功耗、性能、價格和外設。假設外圍設備足夠且價格可以接受，明智地調整喚醒時間可以減輕功耗和性能之間的權衡。結果將是特定于應用程序的，但非常值得追求。它還涉及大量研究數據表和用戶手冊，或者在最壞的情況下，在評估板上分析您的代碼，因為通常不容易找到喚醒時間。下面的簡短調查省略了大部分細節，以便盡可能對一些領先的低功耗 32 位 MCU 進行比較。指示的最低功耗模式是數據保留和 RTC 開啟。

　　恩智浦的 LPC110/04是一款低成本、50 MHz、32 位基于 ARM? Cortex?-M0 的 MCU，具有 32 KB 閃存、8 KB 數據存儲器和 11 個 GPIO 引腳。LPC1102 具有活動、睡眠和深度睡眠模式。它可以在 56 μs 內從深度睡眠模式 （220 nA） 喚醒。主動模式功耗約為 140 μA/MHz。

　　飛思卡爾的 Kinetis KL05是一款基于 48 MHz ARM Cortex-M0+ 的 MCU，具有高達 32 KB 的程序閃存和 4 KB 的 RAM。KL05 MCU 提供了相當大的靈活性，具有九種低功耗模式和一個異步低泄漏喚醒控制器，可根據應用要求實現功耗優化。有功功耗約為 89 μA/MHz，在最低功耗模式下降至 0.96 μA。從前一個模式喚醒的時間為 96 μs。

　　意法半導體‘ STM32L151C6U6是一款基于 32 MHz ARM Cortex-M3 的 MCU，具有高達 128 KB 的閃存、16 KB 的 RAM 和 93 個快速 I/O。運行模式下的功耗為 214 μA/MHz。在其最低功耗模式下，它消耗 0.9 μA 電流，并且可以在不到 8 μs 的時間內喚醒。

　　Silicon Labs 的 EFM32G210 MCU（之前的 Energy Micro Gecko）具有 32 MHz ARM Cortex-M3 內核，在運行模式下消耗 180 μA/MHz。EFM32 有四種低能耗模式（圖 2）；軟件啟動從活動模式 （EM0） 到低功耗模式的轉換，并中斷觸發轉換回 EM0。在其最低功耗模式下，EFM32G210 消耗 0.9 μA 電流，并可在 2 μs 內喚醒。

　　圖 2：Silicon Labs EFM32G210 能量模式轉換（由 Silicon Labs 提供）。

　　圖 3 總結了上面給出的信息。它應該被視為具有指導意義，但不是確定性的，因為每個芯片都有多種具有不同喚醒時間的斷電模式，每種模式都可能適用于應用程序的不同點。目前，需要大量挖掘數據表和硬件手冊才能找到除最低功耗睡眠模式之外的所有模式的喚醒時間，如果速度足夠快，甚至可能出現在產品手冊中。設計工程師應該鼓勵半導體供應商分解這些信息并使其更容易獲得；因為它是低功耗設計中的一個重要標準。

　　圖 3：32 位 MCU 睡眠模式和喚醒時間的比較。

　　從紙到實踐

　　顯然，您需要查看預期應用的功率曲線，以便準確評估給定的 MCU 是否能夠滿足您的功率目標，這通常歸結為便攜式應用中可接受的電池壽命。為了準確地做到這一點，您需要在圍繞目標處理器構建的評估板上編譯、下載和運行您的代碼。如果您的供應商的 IDE 包含電源分析器，請查看您的應用程序在每種斷電模式下花費了多少時間；如果沒有，請在調試器中設置斷點并自行查找。查看是否沒有可以在較低時鐘速率下運行的代碼段；如果您要使用低功耗睡眠模式，還要檢查 CPU 是否可以足夠快地喚醒。更多的選擇帶來更多的復雜性，

　　總結

　　當有多種 MCU 掉電模式可用時，每種模式的喚醒延遲將決定其對給定功能的適用性；只有確定了這一點，您才能開始比較不同 MCU 的功率曲線。哪種 MCU 最適合特定設計最終將由應用程序驅動。有關此處討論的 MCU 的更多信息，請使用提供的鏈接訪問 Digi-Key 網站上的產品頁面。