单电池微控制器工作的优点

单电池微控制器工作的优点

目前市场上低电压、低耗电的微控制器(MCU)至少需要1.8V的工作电压，因此也至少需要两颗串联的碱性电池来工作。然而，现在Silicon Labs推出全新的微控制器系列仅需提供0.9V工作电压，一颗碱性电池即可实现。

为了采用单电池工作，你可以在空间大小一样的情况下，用一颗较大的电池取代两颗较小的电池，同时增加产品的电池寿命。另一个作法则是不采用串联，而以并联方式连接现有的两颗电池，如此也能有效延长产品的电池寿命。但并联的电池连结方式需搭配特定机制以防止这两颗电池逆向连结，除此之外这不失为是一种将电池寿命最大化的好方法。

另一个可能性则是拿掉一个电池，如此能让产品更小且更便宜。也许你会认为拿掉一个电池会让产品电池寿命减半，但了解了下面的说明，您就会明白未必如此。

单电池工作
以单电池工作来说，除了要提供0.9V的电压给微控制器之外，有些元器件必须要提供1.8V以上的电压才能正常工作，为了解决此问题，必须另外增加DC-DC升压转换器。然而，就电池供电的嵌入式系统而言，该独立的方法有若干限制。为求将电力消耗降至最低，在不需要的时候，DC-DC转换器最好能停止工作。然而，若关掉DC-DC转换器，则微控制器就失去了供应电源，并且无法保持实时时钟，或是在没有额外输入电压的情况下便无法重新启动系统。更糟的是，当DC-DC失去作用时，微控制器将失去整个RAM的内容。然而，如果不停止DC-DC的工作，则即使微控制器是在睡眠模式，系统的待机电流仍会偏高，通常会超过20uA。

除此之外，还必须考虑DC-DC转换器和微控制器的工作效率。大部分的独立式DC-DC方案都被设计为传送至少150mW(在大部分情况下会更多)给负载时的效率为最高，而在较小的负载时效率就会差许多。相对而言，一个典型的微控制器从供电端所汲取的电流会小于30mW，而这会造成DC-DC效率仅为50~70%。

所以，是否有其它更有效的解决方案？也许你可以试试将一个最佳化、低电源的DC-DC转换器和微控制器集成到同一个芯片上。这能立即减少系统成本和电路板空间。如果你还能利用低至0.9V的低输入电压维持RAM内容并操作实时时钟，则该微控制器还能控制它自有的供电系统。若你还针对标准型MCU的外围和功能进行标准化，如待机模式、睡眠唤醒及快速代码执行等，以达到最低的漏电损失和功耗，则该装置便能支持单电池工作，同时还能拥有与双电池工作相当的电池寿命。

集成式解决方案的优点
Silicon Labs新近推出的C8051F9xx微控制器系列所采用了集成式解决方案。该方案将高度优化的增压DC-DC转换器集成至微控制器中，其能将0.9～1.5V之间的电池电压增至1.8～3.3V之间的可编程输出电压。升压后的电压会被用于微控制器的I/O管脚及外围。如图1所示，通过使用一个优化的65mW DC-DC转换器，此转换器依然可保持80%至90%的高效率。

不仅如此，由于DC-DC转换器能供应65mW的完整输出，因此升压后的输出电压也能被用来提供外部元器件所需的电压。这样，将能避免与接口连接相关的潜在问题。如连接至其它较高电压IC或传感器、驱动3V电压LED，或提供足以驱动LCD或OLED显示器的电压。

为进一步改善系统效率，此新产品系列的微控制核心和数字外围皆是以内部统一的1.7V电压工作，在25MIPS的速度时仅消耗170uA/MHz。图2为此全新微控制器系列的电源架构简单示意图。

图2：C8051F9xx电源架构