单电池微控制器工作的优点

单电池微控制器工作的优点

功能效率
当然，不是提供高效率的集成式电源供应系统就够了，不同的工作模式和转换次数，以及模拟、数字和通讯外围都会影响系统的整体功耗。

低电源微控制器最需注意的技术规格就是待机和工作模式功耗的数据。如上所述，制造厂商通常会列出每兆赫兹多少毫安(mA/MHz)的数值来计算该设备所使用的各种时钟速度。

关于这一点，当我们关注有效功耗时，便会直觉的认为就平均功耗而言，以高时钟速率的MCU工作效率比低速率工作的MCU效率要高，这样的看法通常都是正确的。当CMOS处理器的工作性能是在速度较快的情况下工作时，效率通常较高，于是我们便能将更多的精力放在低功耗待机或是关机模式上。

基于相同的原因，一个设计优良、快速的模拟/数字转换器(ADC)也能提供高效率的系统表现。然而，在特定系统中，需要较长存取时间的高输入阻抗可能会限制了ADC的速度。此外，为求电池供电系统中的ADC结果一致，一般会采用分立式的参考电压，有时则会集成至微控制器中。然而，若这样能在几个百万分之一秒得到高速ADC，则必须花费数毫秒等待参考电压稳定，而系统就会花费多余时间在等待参考电压的稳定从而消耗电池的寿命。

Silicon Labs新元器件所使用的ADC和电压参考模块提供市场上最短的唤醒和处理时间。其高速内部电压参考可在1.7us内取得稳定，也就是在微控制器被唤醒后就准备好了，这让300 ksps 10位ADC能立刻开始转换。

通常，在混合信号微控制器中，相对简单的比较器以中断驱动，这能唤醒设备，并能某种程度地独立于处理器核心之外工作。然而，通过增加ADC模块一些“独立”工作的机会，则可以实现更佳的电源效率。

最新推出的Silicon Labs ADC模块可支持两种模式，一种是连续采样模式——执行连续16次的转换，并在没有微控制器介入的情况下自动累积结果；另一种为窗口比较器(window-comparator)模式——只有在结果落在特别数值的窗口时才会中断微控制器，并能提供同步至DC-DC转换器工作周期中最“安静”部分的功能。

碱性电池并非唯一的电池选择
针对这些微控制器中的DC-DC转换器，多种单电池的化学性质适合用来提供介于1.5和0.9V的电压。这些电池包括所有AA和AAA型的电池——碱性(Alkaline)、镍氢(NiMH)、镍镉(NiCd)和锂(Lithium)电池为主要的种类，其它还有锌-空气(Zinc-Air)和氧化银(Silver Oxide)纽扣电池。

就其它电池类型而言，有些电池输出是较高的，例如“硬币型”锂电池，其电压介于3.0和2.0V之间。此外，也许还有其它的理由必须用到较高的供应电压。通过将装置的组态设定为“双电池”模式，这样的应用仍能利用超低功耗及高效率的优点。请再次参考图2，您会发现DC-DC转换器可完全停止工作，让微控制器能支持介于1.8和3.6V的输入电压。

评估系统电池寿命
为了让设计者能快速评估新设计的电池寿命，设计者一般需要了解复杂的技术规格，Silicon Labs提供了一个简单、可下载的PC软件工具，即“电池寿命评估器”。

无论是任何系统或应用，只要输入设计人员所选择的电池类型，以及“放电参数”，就是图3所显示的一些基本功耗参数，则此软件会针对单、双串联，以及双并联电池组态的整体电池寿命进行比较，评估自动放电和存储寿命。此软件会输出一个图表，显示电压和时间的关系以及电池寿命的评估数据，如图4所示。

图3：电池寿命评估放电工具 

图4：电池寿命评估模拟工具

通过使用以及利用测到或估计的数值去修改已存储的“放电数据”，设计人员能评估不同的系统特性和电池组态选择所造成的长期影响，甚至能比较同类的微控制器解决方案。

总结
通过在微控制器上集成高效率和最佳化的电源器件，现在已能打造一个以单颗电池工作，整体电压低至0.9V的超低功耗且功能强大的系统单芯片。

Silicon Labs的全新C8051F9xx系列能以单电池方式工作，这在通用型微控制器市场相当独特。在此同时，它还能支持全速25MHz处理、300ksps ADC不受限的工作，甚至可重写此装置的闪存。值得注意的是，除了以上这些特性外，还包括高达64KB片上闪存、4KB的RAM，4x4平方毫米元器件封装。