让MCU轻松低功耗的五大方法分析

风吹过后

低功耗是mcu的一项非常重要的指标，比如某些可穿戴的设备，其携带的电量有限，如果整个电路消耗的电量特别大的话，就会经常出现电量不足的情况，影响用户体验。
平时我们在做产品的时候，基本的功能实现很简单，但只要涉及低功耗的问题就比较棘手了，比如某些可以低到微安级的MCU，而自己设计的低功耗怎么测都是毫安级的，电流竟然能够高出标准几百到上千倍，遇到这种情况千万不要怕，只要认真你就赢了。下边咱们仔细分析一下这其中的原因。
3 _: C3 |- p: ?) d& o第一条
掐断外设命脉——关闭外设时钟
2 K3 u8 p* z6 r4 `% V# d6 l* A先说最直观的，也是工程师都比较注意的方面，就是关闭MCU的外设时钟，对于现在市面上出现的大多数的MCU，其外设模块都对应着一个时钟开关。只需要打开这个外设的时钟，就可以正常的使用这个外设了，当然，此外设也就会产生相应的功耗;反之，如果想要让这个外设不产生功耗，只需关闭它的时钟即可。
第二条
$ f. v& D0 E$ [! Q) w# e让工作节奏慢下来——时钟不要倍频
除了外设模块功率消耗之外，还有一个功耗大户需要注意一下，这就是PLL和FLL模块。PLL和FLL主要是用来对原始的时钟信号进行倍频操作，从而提高系统的整体时钟，相应的，其功耗也会被提上去。所以在进入低功耗之前，需要切换是种模式，旁路掉PLL和FLL模块，从而尽可能的降低MCU的功耗，等到MCU唤醒之后再把时钟切换回去。
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第三条
8 W; {1 o% l/ K" [4 o2 d围堵涓涓细流——注意I/O口的电平状态
- _' ~7 I6 c7 D' x如果认为只要关闭外设时钟就能够保证外设不再耗电，那么你就太天真了。如果IO口没有做好处理的话，它就会在暗地里偷走功耗，而你却浑然不知。具体原因是这样的，一般的IO的内部或者外部都会有上下拉电阻。
4 X% B# _  `$ l& ^& M举个例子，如下图所示，假如某个IO口有个10KΩ的上拉电阻，把引脚拉到3.3V，然而当MCU进入低功耗模式的时候，此IO口被设置成输出低电平，根据欧姆定律，此引脚就会消耗3.3V/10K=0.33mA的电流，假如有四、五个这样的IO口，那么几个mA就贴进去了，太可惜了。所以在进入低功耗之前，请逐个检查IO口的状态：
* d5 w! K# t7 i! ~/ _9 P% {· 如果此IO口带上拉，请设置为高电平输出或者高阻态输入
· 如果此IO口带下拉，请设置为低电平输出或者高阻态输入

9 n; R9 @" B' |1 c, o4 F  o总之一句话，不要把上好的电流浪费在产生热量的功能上，咱可不靠这点温度去暖手。
第四条
  U$ N- c9 [; o" ^* |睦邻友好合作——注意I/O与外设IC的统筹
/ ]; X/ E9 ^( a6 S& S/ S: R$ g8 KIO口的上下拉电阻消耗电流这一因素相对比较明显，下边咱来说一个不明显的因素：IO口与外部IC相连时的电流消耗。假如某个IO口自带上拉，而此与IO相连的IC引脚偏偏是自带下拉的，那么无论这个引脚处于什么样的电平输出，都不可避免的产生一定的电流消耗。
所以凡是遇见这一类的情况，首先需要阅读外设IC的手册，确定好此引脚的的状态，做到心中有数;然后在控制MCU睡眠之前，设置好MCU的IO口的上下拉模式及输入输出状态，要保证一丝儿电流都不要被它消耗掉。
第五条
断开调试器连接，不要被假象所迷惑
还有一类比较奇特，检测出来的电流消耗很大，可实际结果是自己杞人忧天，什么原因呢？是因为在测试功耗的时候MCU还连接着调试器，这时候大部分电流就会被调试器给掳走，平白无故的让工程师产生极度郁闷的心情。所以在测低功耗的时候，一定不要连接调试器，更不能边调试边测电流。
最后
0 ~) w) I: E! K) o; U; {! v5 L总结
MCU的低功耗设计是一个细致活，要养成良好的习惯，做到每添加一个功能都要重新验证一下低功耗是否符合要求，这样就可以随时随地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都设计好了才去考虑低功耗的问题，一个不小心，就可能要更改程序的架构——即便如此也不一定能把功耗给彻底降下去。

Terran

谢谢分享，很好很棒

dragongfly

支持楼主 很好很实用