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MCU低功耗由哪些因素决定？

strongerHuang 2025-05-17 08:20
【技术前沿】Microchip最新嵌入式技术大揭秘！ TI 汽车ADAS全域方案解密

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作者 | strongerHuang

微信公众号 | 嵌入式专栏

物联网很多终端产品都使用电池供电，对功耗有一定要求，而且有些产品的要求很变态，低功耗要做到“极限”。

今天就来聊聊影响MCU低功耗的一些因素。

MCU功耗来源

我们这里结合曾经经典的 STM8 单片机来说明一下，STM8功耗分静态功耗和动态功耗。

静态功耗：主要由晶体管的偏置电流和漏电流产生。

动态功耗：取决于电源电压和工作时钟频率。


在CMOS逻辑电路以一定时钟频率运行时，静态功耗与动态功耗相比是可以忽略的。但在一些低功耗模式下，时钟不再运行，此时静态功耗是主要的功耗源。

因此，功耗主要取决于：
1.微控制器单元(MCU)的芯片面积：所采用的工艺，晶体管的数量，片上集成和使用的模拟功能/外设。

2.MCU电源电压： CMOS逻辑电路中消耗的电流与电源电压的平方成正比。因此，可以通过降低供电电压来降低功耗。

3.时钟频率：在不要求进行高速处理的应用中，降低时钟频率可以降低功耗。

4.激活的外设数目或使用的MCU功能数目：激活的外设数目越多，或使用的MCU功能数目越多，则功耗越大。

5.工作模式：功耗会随着应用所处的不同功耗模式而改变(CPU开启/关闭，晶振开启/关闭等)。

单片机时钟

以下4种时钟源可用做STM8主时钟：
  • 1-24MHz高速外部晶体振荡器(HSE)
  • 最大24MHz高速外部时钟信号(HSE user-ext)
  • 16MHz高速内部RC振荡器(HSI)
  • 128KHz低速内部RC(LSI)

各个时钟源可单独打开或关闭，从而优化功耗。

时钟源比较：

复位以后，默认的时钟为HSI / 8，随后用户可以把时钟切换到不同时钟源和不同频率：

降低功耗方法：
1.关闭不用外设时钟；

2.降低CPU的时钟频率；

提示：STM8S外设时钟默认是开启的。每个外设都可以在不使用的时候，单独地打开或者关闭它的时钟来优化系统功耗。

低功耗模式

STM8S有3种低功耗模式：
1.等待(Wait)模式：CPU停止，外设保持工作。

2.活跃停机(Active HALT)模式：分快速和慢速模式。CPU停止，如果使能AWU(自动唤醒)和IWDG(独立看门狗)，则它们保持工作，其余外设停止。

3.停机(HALT)模式：一切工作停止。

STM8S除了以上三种低功耗模式，就是处于运行模式。下面对比一下这几种模式：

低功耗测量数据

下面来看一下官方测量的理论数据。

1.等待模式：
这种模式的功耗在低功耗模式中相对较高。频率越高，功耗越高；同时，电压越高，功耗也越高。

2.活跃停机模式：
这种模式和上面模式规律一样：频率越高，功耗越高；同时，电压越高，功耗也越高。

3.停机模式：

大家会发现，停机模式的功耗还是比较低，但这都是理论值，实际值应该会比这些值大。

比如：停机9us模式，而你实际测量有12us，这个应该属于正常范围内容。

但是，如果你实际值远大于这些理论值，那么就需要检查你硬件，或者软件了。

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