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微芯超低功耗MCU为产品进一步提高电池寿命

微芯超低功耗MCU为产品进一步提高电池寿命

关键词: MCU , 超低功耗 , 电池寿命
单片机(MCU)系统的设计过程中,开发人员常常需要开发电池寿命接近最终产品使用寿命的应用。例如:在设计便携医疗产品、仪表类产品和安防产品时,系统需要最大限度地降低工作电流,具有灵活的工作模式可选,并能够以低电流进行备用电池供电。此外,产品还应尽可能地提高响应速度,并具备更多的内部资源。

近日,微芯(Microchip)公司推出的具有多种灵活低功耗休眠模式且工作电流超低的PIC24F“GA3”16位闪存MCU系列产品,具有150 μA/MHz工作电流和6个DMA通道,从而可以以更低的功耗和更大的吞吐量来执行程序(例如:在电能表应用中,通过DMA通道,可实现计量和无线抄表同时进行)(图1)。该系列芯片进一步拓展了超低功耗(XLP)技术,同时,还增加了支持RAM保存的最低330 nA的低功耗休眠模式。此外,该系列PIC MCU还可利用VBAT,对片上实时时钟/日历(RTCC)进行电池备份。凭借这些特性以及集成的LCD驱动器和其他外设,PIC24F的“GA3”器件可以实现更为高效和经济的设计,包括:消费类(如恒温器、门锁和家庭自动化),工业类(如安防、有线和无线传感器及工业控制),医疗类(如便携式医疗设备及诊断设备),以及计量类(如电子仪表、能源监测、水/气/热表及自动抄表)产品等。


图1:PIC24F“GA3”16位闪存MCU系列产品框图

超低功耗技术持续发展

凭借其150 μA/MHz的运行电流,众多的低功耗模式,以及支持RAM保存的最低330 nA的低功耗休眠模式,PIC24F“GA3”MCU可以通过减少应用消耗的总功耗,最大限度地延长电池寿命。为了在主电源切断时让应用的实时时钟继续运行,VBAT引脚可以400 nA进行备份供电。此外,从VDD到VBAT电源引脚的转换将会随VDD的断电自动发生。

该系列产品的XLP技术包括标准的XLP模式(包括:运行、空闲、打盹、休眠以及深度休眠模式)和最新的XLP模式(低电压休眠和VBAT电池备份模式)。其中,深度休眠模式近乎完全关断,可通过外部触发唤醒;休眠和空闲模式可选择性地关断外设和内核,以实现充分降低功耗和快速唤醒。同时,该器件还可实现灵活的功率和系统监视。

此外,该系列是第一批利用VBAT对片上实时时钟/日历进行电池备份的PIC MCU。其VBAT引脚可仅以400 nA进行备份供电(为了在主电源切断时,让应用的实时时钟继续运行)。

集成外设

该器件集成的LCD显示驱动器具有8个共驱动能力,可直接驱动多达480段,实现描述性图标和滚动等信息更为丰富的灵活显示。该MCU还包括采用恒流源的充电时间测量单元(CTMU),可用于mTouch容性触摸传感,超声波流量测量(例如:在水/气表应用中,通过测量时间差可测取流量)和许多其他的传感器。片上12位ADC具有阈值检测功能,并可配合CTMU一起执行休眠时的接近传感,以进一步降低功耗(例如:在电子门锁应用中,通过比较器来打开背光)。

应用示例:功率计

MCU工作电流的降低,有助于实现10VA IEC的功率预算,提高功率计的性能,使其能够运行更为复杂的代码,添加通信协议栈,并实现更低成本的电源。通过DMA与测量IC进行通信,CPU能够有带宽运行RF通信协议栈。此外,VBAT还可为实时时钟/日历提供功率备份。

应用示例:恒温器

在恒温器应用中,驱动LCD有99%的工作时间都可运行在低电压休眠模式下。与其他同类16位MCU相比,这能使功耗降低30%。运行模式可进一步延长电池寿命,同时,器件还添加了RF或WiFi功能,并且VBAT引脚还可节省电池的更换时间。

此外,Microchip还为电池寿命预测提供了电池寿命估算器工具,通过在对话框选择器件、参数和电池,可大致估算出电池的使用寿命(图2)。


图2:电池寿命估算示例,图中显示,2节7号电池寿命超过12年。

灵活的LCD驱动器

PIC24FJ128GA310 LCD驱动器可支持60×8共480段公共端驱动器(图3)。相比于市面上最多可驱动132段LCD的产品,它具有更高灵活性,能够支持滚动字符显示和形象化图标,从而能设计出更美观的用户界面。


图3:LCD驱动器可支持480段公共端驱动器

开发工具支持

此外,为方便初学者学习和实践,Microchip还发布了LCD Explorer开发板和用于Explorer 16开发板的PIC24FJ128GA310接插模块(PIM)(图4、图5)。LCD Explorer开发板提供了8个公共端显示,37×7字符显示条,37个定制图标,无线连接,PICtail Plus连接器,mTouch电容触摸传感按钮和VBAT电池备份。


图4:最新的LCD Explorer开发板


图5:Explorer 16开发板及PIC24FJ128GA310接插模块


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