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创新技术实现低功率MCU设计

产品时间:2022-11-01 01:16

简要描述:

嵌入式市场迫切要求以更加较低的功耗构建更高的性能,这一市场需求现扩展到大量便携式和墙上电源供电的应用于中。为符合该市场需求,飞思卡尔一直致力于将低功耗设计扩展到更加甚广的领域。近期发售的Kinetis(动力学)系列ARMCortex-M4微控制器就是近期突破。 2010年第四季度的数据取样指出,Kinetis代表着基于ARMCortex-M4新的内核的首款合适普遍市场的混合信号MCU人组,同时也是业界拓展性能最弱的ARMCortex-M4MCU的产品之一。...

详细介绍
本文摘要:嵌入式市场迫切要求以更加较低的功耗构建更高的性能,这一市场需求现扩展到大量便携式和墙上电源供电的应用于中。为符合该市场需求,飞思卡尔一直致力于将低功耗设计扩展到更加甚广的领域。近期发售的Kinetis(动力学)系列ARMCortex-M4微控制器就是近期突破。 2010年第四季度的数据取样指出,Kinetis代表着基于ARMCortex-M4新的内核的首款合适普遍市场的混合信号MCU人组,同时也是业界拓展性能最弱的ARMCortex-M4MCU的产品之一。

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嵌入式市场迫切要求以更加较低的功耗构建更高的性能,这一市场需求现扩展到大量便携式和墙上电源供电的应用于中。为符合该市场需求,飞思卡尔一直致力于将低功耗设计扩展到更加甚广的领域。近期发售的Kinetis(动力学)系列ARMCortex-M4微控制器就是近期突破。

2010年第四季度的数据取样指出,Kinetis代表着基于ARMCortex-M4新的内核的首款合适普遍市场的混合信号MCU人组,同时也是业界拓展性能最弱的ARMCortex-M4MCU的产品之一。多种硬件和软件相容的MCU产品系列将获取卓越的性能和内存容量,其扩展性强劲,从使用超小QFNPCB的50MHz、32KB存储器器件到带上1MB存储器和工业用非常丰富外设集的150MHz器件皆还包括在内。

低功耗在KinetisMCU设计中充分发挥着核心作用。这从使用了飞思卡尔近期90纳米SG-TFS(分化栅-薄膜存储器)工艺技术,以及大量具备省电功能的标准化、专用外设上都可以体现出来。  创意的较低功率技术  工艺技术是任何半导体产品的基本建构模块和要求MCU功耗的关键因素。除了需要获取超快访问速度、避免电池损失外,KinetisMCU还是首款利用了飞思卡尔SG-TFS存储器技术优势的产品,该技术专门设计用来解决问题功耗脆弱应用于的市场需求。

在设计SG-TFS位存储单元时,飞思卡尔在加载路径上用于较慢、低电压的晶体管,从而将工作电压降至1.71V至3.6V这一较低的范围。在使用两个1.5V电池的应用于中,一旦电压超过0.9V,电池寿命就不会很快延长。这意味著与过去一般来说容许在2V甚至更高的MCU产品比起,1.71V的更加低电压容许可以大大缩短电池寿命。拓展的电压范围不仅限于于片上存储器:存储器、SRAM和飞思卡尔新的FlexMemory(可配备,耐用性强劲的EEPROM),同时也限于于仿真外设,因而即使在功率曲线的较低端也能构建倒数的信号测量和调节。

容许高速转换的信号工作在较低电压(一般来说为1.2V)下,TFS的电压特性还有助减少运营电流。由于运营电流与C*V2*f成比例,电压上升对有效地电流的存储器组件十分不利。

  必需不具备的功率模式  在电池供电的大部分应用于中,CPU将大部分时间用作功率减少或休眠状态模式。因此,十分关键的一点是微控制器获取了极具吸引力的电源模式、苏醒源和启动时间自由选择,以便设计人员需要优化外设活动和完全恢复时间来符合应用于市场需求,并最大限度地用于现有的能用能源。飞思卡尔的处理方式是在KinetisMCU中配备不少于10种的运营、等候和暂停模式,同时还备有多个苏醒源(闻图1和2)。每个运营模式都备有对应的等候和暂停模式。

飞思卡尔还发售了几款较低漏电模式和新的较低漏电苏醒单元(LLWU),以符合最严苛的功率支出。    工作在运营模式下时,CPU加速继续执行代码,可以构建较低至200A/MHz的功耗。对于不必须仅次于总线频率的时段,可以用于极低功率运营(VLPR)模式。这就把CPU频率容许在2MHz内,并将内部稳压器置放待机模式,同时还维持外设和低电压检测(LVD)的全部功能构建。

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在这种模式下,用于600A至1mA范围的VLPRLDD可以节省大量功耗,具体情况则各不相同MCU的性能、内存和外设配备。    等候模式和极低功率等候(VLPW)模式与它们对应的运营模式类似于,但CPU不会停止,且存储器及FlexMemory编程不能用。外设中断启动后,MCU需要解散等候模式,继续执行预计的任务,然后很快完全恢复为较低功率状态。这最大限度地增加了那些经常在活动状态和增加功率状态之间转换的应用于的平均值功耗。

根据总线频率的有所不同,运营模式Idd可以节省30至60%的功耗。  许多暂停模式获取状态维持和某些逻辑和/或内存的部分或全部断电。较低漏电暂停(LLS)模式是完全恢复时间为4S的低于功率模式,可减少内部逻辑的电压,最大限度增加并未用于的内部电路的漏电,并且IDD一般来说维持在1.2A到7A的范围内。

极低漏电暂停(VLLS)模式则更加入了一步,它能截断内在逻辑以及有选择地截断RAM内存,从而增加并未用于电路的漏电。每个VLLS模式的之间差异与RAM保有级别有关。在VLLS3模式中,保有全部RAM;在VLLS2模式中,保有部分RAM;在VLLS2模式中,则会保有RAM,但有一个32字节的寄存器文件可以用作关键应用于数据的留存。

  KinetisMCU的一个关键较低功率组件是较低漏电苏醒单元(LLWU),它在所有较低漏电暂停模式中当作苏醒监控器。LLWU反对多达16个外部输出插槽(如上升沿、下降沿或任何切换都可以编程)和8个可由用户配备为苏醒事件的内部外设。在低于功率模式下,有几个苏醒源可供选择:如低功耗定时器、动态时钟、仿真较为器、触碰感应器模块(TSI)和几个插槽中断。

苏醒输出正处于激活状态时,只要MCU转入LLS模式或任何VLLS模式它就不会启动。  由于时钟消耗多达40%的有效地功率,KinetisMCU给所有模块都使用可编程门控时钟。这样可以重开运营和等候模式中并未用于的外设时钟,同时还能维持完全相同的性能和功能。如果Kinetis器件具备大量通信模块和定时器,这一点变得尤为重要。

此外,还可以用电源门控来变频器并未用于的内存和逻辑,更进一步减少溢电流。  KinetisMCU还包括一个较低功率定时器,它通过在功率减少状态启动倒数的系统运作来提升灵活性。这既可以作为标准化定时器用于,也可以用来与片上较为器一起对较为器输入脉冲展开计数。最后,低电压检测(LVD)单元反对两个低电压检测启动时点,每启动时点下有四个警告级。

它可以被配备为在电源电压变化时分解废黜或中断信号,从而确保内存内容和MCU系统状态的安全性。


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