可以在1.8V电压下工作的8位微控制器的性能分析.doc
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1、可以在1.8V电压下工作的8位微控制器的性能分析通用微控制器中的休眠模式和空闲模式使嵌入式处理器能够降低实时能耗,并解决许多电池和低功耗设计问题。然而,随着嵌入式系统变得越来越复杂,实现更密集,更复杂的微核以及我们期望在今天看到的更高端外设需要额外的逻辑。因此,即使在待机模式下,在尝试降低能量时静态功耗也是一个问题,尤其是在需要长时间睡眠时。降低能量和延长运行时间的一个因素是工作电压。虽然许多5 V系统仍在使用和支持,但目前大多数设计已迁移到3.3,2.5和1.8 V竞技场。由于电压与功耗成正比,您可以看到静态5 V系统的功率几乎是1.8 V系统的三倍。开关电路的情况更是如此,因为功率消耗也与
2、开关频率成比例。本文探讨了8位微控制器,它具有更简单的架构和低于平均值的电压核心,可以在1.8 V以下工作。虽然这些电平可能无法与大多数外部设备配合使用,但它确实可以实现更低功耗,长期睡眠/休眠模式可以将电池寿命延长到极限。当电池接近完全放电状态时,它还允许微型电池保持更长时间。架构辩论精心设计的核心与外围设备专门用于减少能源使用可以对您的设计产生重大影响。您使用的是通用微型机还是选择了其中一种低功耗架构设备?有一些巧妙设计的8至32位微处理器,具有令人印象深刻的低能耗模式。对于总线宽度参数的双方都可以进行很好的辩论。一方面,您可以说更大的32位架构可以更快地处理。正因为如此,更广泛的架构不需
3、要保持清醒,并且最终可以节省电力(即使它保持更广泛的架构)。另一方面,较窄的架构,如8位机器,可以完成所需的所有处理,虽然需要更长时间,但在静态状态下将以更低的功耗睡眠。寄存器,存储器,指针等等,总线宽度都较窄,这意味着静态功耗较小。当你看一些具有丰富外设和功能,混合信号功能和大量I/O的低压8位器件时,这场辩论会变得很有趣。一个完美的例子来自ROHM及其Lapis系列ML610低功耗处理器。虽然在某些方面相对较少,但这些具有低压内核的部件具有令人钦佩的外设和口味组合,包括一些典型配置,如120引脚TQFP ML610Q422P,32K闪存和2K RAM以及144-引脚LQFP ML610Q4
4、31具有64 K闪存和3K RAM。ROHM系列由高性能CMOS 8位微控制器组成,内置Lapis Semiconductor的原始RISC 8位CPU“U8核心”。 CPU内核能够通过每个周期时钟操作一个指令执行高效的指令。 “610”系列产品广泛应用于各种领域的电池驱动,手持式应用。请注意,这些部件不能以高兆赫时钟运行。它们通过以低频(通常为4 MHz)运行处理器并使用RISC内核执行244s的大多数指令来节省功耗。与其他低能耗处理器一样,这些处理器也可以使用实时时钟的32.768 kHz进行操作。虽然较慢(每个指令周期为30.5s),但它们可以相应地消耗更少的电流。关键是这些内核具有低至
5、1.1 V的保证工作范围。这允许一些巧妙的自适应电源设计技术,特别是如果您的处理器将要关闭并长时间休眠。例如,当通过串行端口或标准3.3 V外设与外部接口时,I/O线可以使用I/O驱动晶体管或偏置D/A电平将VCC设置为3.3 V(图1)。如果没有低功耗模式,外围芯片可以以相同的方式上电和下电。当不需要外部活动时,VCC可以设置为1.8甚至1.1 V.这种动态电源电压方法可以应用于任何可以在1.8 V阈值以下可靠工作的内核。图1:对于没有单独I/O VCC控制的处理器,处理器VCC线的动态控制使其能够与需要标准电压的外部外设保持兼容,然后将自身置于低电压模式,以便在长时间休眠期间节省功耗周期。
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