【应用】低功耗8位MCU实现温湿度标签的小型化和超长待机设计

2017-07-07 世强 Carol

温湿度标签能够实时记录环境中的温度和湿度,由于其具有待机时间长、简单易用、灵活导出数据等特点,被广泛应用于冷链运输、食物药品存储以及博物馆的档案存放等场所。温湿度标签一般使用纽扣电池供电,对产品的整体功耗要求比较高,由于工作原理较简单一般采用8位的单片机即可满足性能要求。SILICON LABS推出的低功耗8位单片机EFM8SB非常合适于小型化的温湿度标签应用,市场上已有很多成熟的应用案例。


温湿度标签相比于温湿度记录仪,在功能上不会那么的全,但其也具有温湿度超限报警、数据存储与导出和实时记录数据等最基本功能。所以8位的EFM8SB即可满足设计需求,图1为基于EFM8SB的温湿度标签的原理框图。


图1:温湿度记录仪框图


EFM8SB具有丰富的外设通信接口,内部集成硬件I2C、SPI和UART,能够满足与外部的温湿度传感器、Flash和USB桥接芯片等外围器件通信。12位ADC和低功耗比较器可用于检测标签中的电池电压,同时内部RTC实现实时记录温湿度标签的数据。


由于温湿度标签体积一般都比较小巧,因此在器件的选型上除了外设等性能外,器件的尺寸大小也是影响设计的关键之一。EMF8SB是小封装、低功耗的单片机,其QFN20封装仅仅3 X 3mm,在保持内部RTC运行情况下待机电流仅0.3uA,并且通过数字或模拟外设可以快速从Sleep模式唤醒,唤醒时间小于2uS。因此EMF8SB在保证温湿度标签性能的同时还能满足标签尺寸的要求,可为一举两得。此外,EFM8SB在Sleep模式下支持多样的唤醒方式,包含RTC0报警事件、RTC0出错事件、PortMatch和模拟比较器上升沿,使设计人员可以轻易实现标签的温湿度超限报警等设计。


EFM8SB内部集成了24.5MHz的高频振荡器,在全温全压范围内精度达到±2%,温湿度标签电路无需外加高频振荡器。集成1.65V高精度的参考电压,在ADC转化时,无需外加参考电压电路。这些使得整个标签电路可以显著变小,电路系统BOM成本显著降低。


上文已提到EFM8SB拥有非常优异的低功耗性能。其数据手册显示该MCU最低工作电压为1.8V,在以24.5MHz全速运行时消耗电流典型值位3.6mA。温湿度标签大部分时间在休眠模式下,EFM8SB在保证唤醒源开启的情况下电流不超过0.5uA,可以显著延长电池的使用寿命。


EFM8SB系列MCU产品特点:

• 8051内核,最大25MHz工作频率

• 丰富的通信外设,支持SPI、UART、I2C

• 超低的MCU有效电流(88uA/MHz)

• 超低的Sleep电流(0.5uA,内部RTC开启)

• 快速唤醒时间(<2μs)

• 集成LDO,以维持任何电压下超低的有效电流

• 内部集成32位RTC

• 12位精度的ADC

• 低功耗比较器

• 工业级工作温度(-40~+85℃)

• 工作电压(1.8~3.6V)

• 封装QFP32、QFN32、QFN24、CSP-16、QFN20(3x3mm)


相关技术文档:

Silicon Labs EFM8SB1 8位MCU数据手册(中文详细) 详情>>>

Silicon Labs EFM8SB2 8位MCU数据手册(中文详细) 详情>>>


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  • TouchKEY Lv3 . 高级工程师 2017-12-29
    阅读了
  • 134******76 Lv3 . 高级工程师 2017-07-07
    带LCD驱动吗
    • 世小强回复: 这颗MCU不带LCD,8位的方案是针对温湿度标签的,不需要LCD,USB部分使用USB转接芯片。如需在温湿度记录仪上支持LCD和USB,推荐使用EFM32LG332F256G。
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