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類型分類：: 科普知識

數據分類：: FFC連接器

使用 SimpleLink 超低功耗（ULP）無線 MCU 平臺能讓功耗創新低

發布日期：2022-04-28 點擊率：23

全新的Simplelink CC26xx/CC13xx超低功耗平臺適用于Bluetooth Smart、6LoWPAN、ZigBee、頻率不到1GHz的ZigBee RF4CE?，在打造和設計時充分考慮到了低功耗。確保我們的解決方案能量消耗盡可能降低，從而支持更長的電池壽命、型號更小的電池乃至適合無電池應用的能量收集功能 —— 我們已察看了對實現這些目標而言至關重要的方方面面。

應用

與流行看法相反的是，無線電收發器本身很難成為無線微控制器（MCU）整體功耗的主要影響因素。由于各種技術都在進步，因此即使在較小的傳感器中對計算能力的需求也越來越多；隨著標準的演變，無線協議棧會帶來更大的開銷。

在Simplelink CC26xx產品系列中，有兩種非常節能的MCU可提供給應用。

ARM^? Cortex^?-M3

ARM Cortex-M3是CC26xx器件內部的主系統中央處理器（CPU）。一種測定MCU性能的方法是使用基準工具。比較流行的基準之一是來自嵌入式微處理器基準協會（EEMBC）的CoreMark。CoreMark是一種簡單卻絕對尖端的基準，其設計目的是測試嵌入式設備中所用處理器內核的效率。它不依賴于系統，因此無論用什么平臺（例如降序/升序、高端或低端處理器等），它的功能都是相同的。該基準還展示了MCU內核的能效。

表1：CC26xx的不同CoreMark得分（電壓為3.0V、頻率為48MHz時在CC2650-7ID上測定）

表1中的得分能讓有效使用過程中的平均功耗非常低。以最高速度（此時頻率為48MHz）運行ARM Cortex-M3時，該CPU運行消耗的電流小于3mA，優于任何在低效內核或較低位CPU時鐘內運行的無線MCU。較之具有類似MCU的任何競爭產品，CC26xx CoreMark的電源效率（CoreMark/ mA）都是最佳的，這使它成為現今可提供的最節能微控制器。

傳感器控制器

獨特的超低功耗傳感器控制器是一個與模數轉換器（ADC）、模擬比較器、SPI/I2C及電容式觸控板等外設相耦合的16位CPU。其設計目的是當系統的其它部分處于待機狀態時可自主運行。該傳感器控制器允許以功耗非常低的方式用接口與外部模擬或數字傳感器連接。

圖1：當系統的其它部分處于待機狀態時，該超低功耗傳感器控制器引擎可自主運行

很多時候，喚醒整個系統來執行次要任務是不節能的，因為這會帶來大量開銷。在許多用例中均有需要按一定時間間隔運行的任務，它們的占空比較之實際射頻（RF）或主要活動的占空比更大。

需每秒使ADC運行10次以準確獲得心率的心率監測器可作為一個例子。在這個實例中，喚醒整個系統來執行每秒10次的無線傳輸任務是很不節能的。使用Simplelink超低功耗CC26xx平臺，每當進行第10次ADC采樣時，人們都可讓該傳感器控制器執行所有的ADC測量任務并喚醒ARM Cortex-M3，以便對該數據作進一步的可選處理和分組RF傳輸。

圖2：該傳感器控制器可顯著降低平均功耗

在這個例子中，該傳感器控制器能以小于3uA的平均電流消耗每秒執行10次ADC讀取任務。用ARM Cortex-M3執行相同的任務將需要10倍的功耗。

表2：該傳感器控制器在主時鐘內運行時的能效

該傳感器控制器可直接靠預分頻（24MHz）的時鐘運行，這使它能收集數據并對該數據進行簡單的處理。

無線電器件

傳統上，由無線解決方案的高發送和接收電流引起的峰值消耗會對可能使用的電池產生限制或顯著縮短電池壽命。因為CC26xx的峰值電流非常低，僅為6mA左右（0dBm的輸出），所以這再也不會對傳統的CR2032電池產生任何限制，甚至允許使用型號更小的電池。從平均功耗的視角看，無線電器件不再是功耗的主要影響因素，人們對它的擔憂減少了，因此再也沒必要放棄輸出功率來降低峰值功耗了。

睡眠和關機

在任何電池供電型應用中，射頻（接收/發送）占空比及其參數均可決定電池壽命。在傳輸之間，使待機電流能有多低就有多低以便電池中有足夠的電來供有效使用至關重要。CC26xx采用超低泄漏的靜態隨機存取存儲器（SRAM），該SRAM可被存滿（20KB），另外還能在待機時讓實時時鐘（RTC）運行，并使寄存器和CPU的狀態被保持，消耗的電流卻低至1uA。在關機時，CC26xx可通過外部輸入輸出（IO）事件來喚醒，同時汲取的電流低至150nA。

CR2032的保質期正在延長，一些供應商現在聲明電池壽命可長達10年。從220mAh的CR2032汲取的平均系統電流必須低于2.5uA，以達到10年的壽命【2】。如果一個系統的基極電流大于此，用戶就不能讓電池達到最長的潛在壽命，無論用戶實現的有效占空比有多小。

平均電流如何影響電池壽命

電池使用壽命主要與平均功耗有關。這將在很大程度上取決于用例，但現在有一種來自EEMBC的可用基準，被稱為ULPBench? —— 該基準可對產品說明書參數進行規范，并可提供一套方法以便公正可靠地測定MCU能效。ULPBench使用跨8位、16位和32位微控制器的一系列便攜式通用工作負載，能采用MCU低功耗模式同時聚焦利用集成硬件功能的實際應用。最后，它還可分析有效條件和低功耗條件【3】的影響。