【经验】如何充分利用 EFM32功耗模式来实现电池供电低功耗设计?

2017-09-29 世强 风起云扬

智能锁、IOT、水表、气表等,在现实生活中,有大量需要用电池供电的应用,因此对电池使用寿命、降低选用电池的成本都有要求,而为居于系统中心位置的MCU,对功耗的影响有着举足轻重的作用。


Silicon Labs倾心打造的EFM32产品,以其自身绝对低功耗特性及多种机制,使其跻身备世界一流的超低功耗MCU行列,其中,最具特色的,是EFM32拥有多种工作模式。如果可以充分运用这些模式,其平均工作电流可以做到非常低。本文将以新推的型号,EFM32JG系列为例,为大家讲解如何进入低功耗模式,如何唤醒,如何实现最优平均功耗等。


一、Silicon Labs  EFM32系列MCU功耗模式

Silicon Labs的EFM32系列MCU,拥有EM0~EM4共“5+”种能量模式可供客户选择,具体描述如下。

1)EM0 活动模式:提供所有系统功能。

2)EM1休眠模式:内核部分禁用,但剩下的系统完全可用。重要特征是,驱动内核的时钟是关闭的,但高频和低频时钟树有效的;

3)EM2深度休眠模式:这是低功耗能源模式的第一级。 大多数高频外设被禁用或功能降低。内存和寄存器保留其值。需要指出的是,低频时钟树仍然有效且相关低频外设可用。

4)EM3停止模式:这种低能量模式同时停止高频和低频时钟。 大多数外设禁用或功能降低。内存和寄存器保留其值。

5)EM4:休眠模式:为减少漏电,大多数外设都是关闭的。 有几个选定的外围设备可用。 系统内存和寄存器不保留值。 GPIO PAD状态和RTCC RAM保留。 从EM4唤醒Hibernate需要重置系统,将其返回到EM0模式。

6)EM4 关断模式:EM4关断是最低能量模式,除GPIO PAD状态外,没有保留。 从EM4关机唤醒需要重置到系统,将其返回到EM0激活


如下表,是MCU不同资源,在不同模式下使用资源情况下。

表1:不同功耗模式下、资源使用情况汇总表


二、如何进入低功耗模式?

每次上电,EFM32会默认进入EM0模式,进入EM0模式后,用户可以根据需要,分别进入其他模式。具体如图1 所示。


图1:功耗模式转换


三、如何从低功耗模式唤醒?

在进入低功耗模式前,首先要先配置相应的唤醒源,当满足触发条件时,MCU会被从当前的低功耗模式唤醒到EM0。如果不配置,则MCU会一直处在休眠状态,变成了“砖头”。不同的功耗模式,对应了不同的可配置唤醒源,详细如下表2。


表2:EM1~EM4唤醒源


在不同的能耗模式下,唤醒到EM0,唤醒时间也是不同的,具体如下表3。


表3:不同模式下唤醒到EM0所需要时间


四、将工作模式与休眠模式交替进行,获得最优的平均功耗

在不同的能量模式下,功耗是不同的,详细如下表4:


表4 :不同能耗模式下功耗指标


对于像本文开始处所提的诸如智能锁、IOT、水表、气表等应用中,我们会发现,并不是任何时刻,MCU都要全速执行任务的,比如家中的智能锁,只是当有人去操作时,它才需要全速工作,在没有人操作的时候,它完全可以处于“休眠”状态。因此,在现实的任务执行中,将工作与休眠交替进行,即在EFM32产品中,将EM0与其他的低功耗能耗模式交替进行,如此便可以获得最优的平均功耗。


最后,需要指出的是,在EM0活动模式下,功耗与系统时钟基本成线性关系,但从最终系统功耗看,并非系统时钟越低,功耗就越低,在任务量一定的情况下,如果取最高系统时钟、尽快将任务完成,并立刻进入休眠状态,反而更能节约功耗。


图2:工作与休眠交替进行


综上所述,Silicon Labs的EFM32产品,拥有丰富、独特的能耗模式,通过正确选用能耗模式,灵活使用唤醒源,并依据任务特点,恰当地安排工作与休眠时间,如此便可以实现极低的系统功耗,从而实现降低功耗、节约电池、节约成本的目的。


相关技术文档:

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  • 自强 Lv5. 技术专家 2017-12-30
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  • Paulwang Lv8. 研究员 2017-12-01
    学习了
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