原创 PIC24HJ单片机自学笔记_PIC单片机低功耗设计
本笔记整理自微芯官网：http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00606B.PDF
文档编号：AN606
PIC单片机的低功耗设计
简介
功耗是设计一个系统的一个重要的参数，尤其在电池供电系统中。
PIC家族的芯片提供低价格，低功耗和高性能的解决方案，为了使系统工作在最低功耗的模式，设计者必须正确的配置芯片，本笔记针对低电流功耗，以及电池供电系统的一些建议，用来整体减少系统的功耗。
设计工艺技术
很多技术可以减少系统功耗，最主要的是睡眠模式和外部事件。
工作在睡眠模式下，可以通过看门狗和外部事件来唤醒芯片，执行完代码后，继续工作在睡眠模式，睡眠模式下，主时钟关断，此时电流很小，典型的睡眠模式下的电流只有几uA。
如果工作在RC震荡模式下，同时不是睡眠模式时，可以通过并联一个电阻来减小时钟速度，从而减小功耗。当某个事件发生时，可以继续工作在全速模式。
这种模式的电路如下：
外部电路来减少功耗的办法如下图，这种方法通过一个逻辑门的芯片来导通和关断电源，从而减少功耗：
降低系统供电电压，典型使用3V供电，是另外一种降低功耗的办法，这种方式用在用电池供电的系统中。
大量的器件包括运放和AD模块等CMOS模块采用CMOS工艺的设计，从而降低了系统功耗，具体TTL和CMOS的功耗区别如下：
1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。
2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
3）CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
同时芯片引脚提供一个20mA的输出，使得外部电路更加简化，同时不需要使用的外设可以关掉，来降低功耗。
温度是影响功耗的另外一个方面，更高的温度下，芯片的功耗也越大。
上面IPD和VDD，与温度的曲线可以在手册中查找到。
如何测试芯片的IPD故障?
测试IPD可以采用以下的电路，来测试RP和RG的电流，如果发现测试的电流有问题，可以按照一下的步骤来进行排查：
- 复位是否连接正常？VDD的上升值是否低于0.05V/ms，VDD是否从VSS开始，然后再上升？可以参考AN522提供的文档了解芯片的上电顺序。
- 是否所有的引脚都拉低或者拉高？如果引脚悬空，在数字输入缓冲中会有一个开关电流，尤其是引脚被配置为一个模拟输入的时候，在上电复位和振荡器启动的时候，悬浮的引脚会有功耗。
- 建议所有未使用的一家配置为输出，并设置为一个固定电平。
- PIC16C5X芯片要求T0CKI为一个固定电平。
- 如果引脚配置为模拟输入，显然会带来更大的功耗。
- 所有的外设是否关闭？
- PORTB是否有上拉设置？
- 上电的定时器是否使用？
- 如果RP不等于RG，显然是有引脚输出了电流，此时要关掉有电流输出的引脚。
电池供电系统的设计：
如果设计的系统采用电池供电，设计者必须考虑尽可能降低系统功耗：电压，产品外形和重量，操作温度，和工作频率。
设计完成以后，设计者还需要提供如下的参数输出：典型操作电压，电流的输出效率，尺寸的约束条件，系统工作时长，电池类型，系统工作的温度。
要形成电池的选择标准是很困难的，例如电池的工作电压不同，锂电池提供的电压为3.0V，而镍锌电池提供1.2V，另外，锂电池和镍锌电池的充电电流相差很大，设计这需要考虑左右的参数来做一个选择，附录里面有选择电池的一个介绍，可以作为参考。
在低功耗设计的时候，还有一个重要的工作就是计算电池的容量，下面的图中，我们可以计算出系统在各种状态下的功耗大小，根据系统要求工作的时长，估算出一个电池的大小
下面的例子，如果系统要求工作6个月，可以按照上面的方式进行计算：
上面的计算方式没有考虑系统的电源利用效率和温度的影响，在选择电池的时候，需要将这两个参数考虑进去。
设计实例：
PIC16C54工作于32.768频率下，一个12位的AD用来采集温度数据，数据通过LED以300的波特率发送到接收器，AD，运放，温度传感器通过IO供电，看门狗使能用于周期性唤醒MCU来采集数据，下面是这个方案的原理图：
此电路有两个工作模式：激活状态和睡眠状态。没有明显的上电区间，电路通过电池进行直接供电，激活状态的电流为8mA，而睡眠状态为6.5mA，外部模块通过IO供电，在激活状态工作电流为4mA，而睡眠状态为0.5uA，这样，容量的计算如下：
计算激活和睡眠状态的百分比，然后计算需要工作的时长，通过市场，百分比和电流来计算容量，然后将每一个时段的计算相加。
如果采用松下的BR2325锂电池，参数为6V，165mAh，通过计算可知每一充电，工作在22℃环境下，可以使用24.2天。
附注：
2、如果需要上面例子的程序以及选电池的参考意见，请详看上面的手册。
- 上一篇： PIC24HJ单片机自学笔记_看门狗和节能模式
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