第1部分介紹了低功耗微控制器的唯一可用基準(zhǔn)，并研究了兩個參數(shù)：電源電壓和商定的溫度。在第 2 部分中，我們將介紹基于 EEMBC 組織的公共基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)和文檔。

相對于這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表和描述（如應(yīng)用程序說明）是了解公司產(chǎn)品能源需求數(shù)據(jù)的來源。大多數(shù)工程師能否在沒有廣泛研究的情況下根據(jù)現(xiàn)有文檔做出正確的決定？

問題 1：您如何評估基準(zhǔn)數(shù)據(jù)？它們相對于數(shù)據(jù)手冊中的數(shù)據(jù)有何關(guān)系？

根據(jù)EEMBC基準(zhǔn)測試結(jié)果（BV而不是EEMark-CP），我們計算工作電流和休眠電流，作為幾個設(shè)備的示例。結(jié)合EEMBC軟件的運行時間和數(shù)據(jù)表參數(shù)，我們可以確定計算（典型參數(shù)）和測量結(jié)果之間的偏差。為了驗證是否可以進行評估，我們獲取公共數(shù)據(jù)。

計算

基準(zhǔn)聯(lián)盟定義了以下公式：

BV= 1000 /E

E是 10 個 ULPBench 周期的平均值，因此是每秒的能量需求。 以 uJ/s 表示，

是電子標(biāo)記-CP 的含義。EBV

根據(jù)這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，我們使用以下公式計算平均能源需求：

E= 1000 /BV

E是 uJ/s，或一秒內(nèi)使用的能量。

平均電流消耗可以使用以下公式計算：

I（平均）=E / V

V是電源電壓 - 在實際測量中，可以取實際測量的電壓。

從數(shù)據(jù)手冊中，我們給出了休眠模式階段的典型電流消耗。然后根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（BV）和I（待機）計算出運行模式下計算出的運行模式（I（RUN_avg））的平均電流。

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊和建議的工作頻率，我們計算供應(yīng)商在運行模式下的電流消耗I（RUN）。I（RUN）是基于數(shù)據(jù)手冊信息的值，而I（RUN_avg）是基于計算值。

EEMBC 網(wǎng)頁上發(fā)布的數(shù)據(jù)并不總是顯示操作模式時間。因此，區(qū)分操作和RTC模式的能量將是困難的。結(jié)合操作模式（t（RUN_cR/D）或t（RUN_D））的時間，可以在測量數(shù)據(jù)E_BV_cR和數(shù)據(jù)表參數(shù)E_D之間比較能耗。

［圖6a/b|來源是EEMBC基準(zhǔn)值和供應(yīng)商的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表和報告。我們列出了五個設(shè)備作為示例。需要澄清 EEMBC 文檔和數(shù)據(jù)表值。

ULPBench-CP頁面上列出的消耗能量根據(jù)數(shù)據(jù)手冊參數(shù)顯示與結(jié)果的偏差。偏差不能根據(jù)純數(shù)據(jù)手冊參數(shù)和ULP-Bench參數(shù)來確定。這種偏差可能來自典型的數(shù)據(jù)變化或開關(guān)損耗，在數(shù)據(jù)手冊中沒有提到。在某些應(yīng)用中，測量與數(shù)據(jù)手冊之間的偏差起著次要作用。在現(xiàn)代傳感器應(yīng)用中，例如使用加速度計和測量數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要幾Hz至KHz的采樣率。然后，開關(guān)損耗會導(dǎo)致顯著的能耗。將真實環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字域是一個更大的挑戰(zhàn)。需要在這方面開展進一步活動，因為目前的基準(zhǔn)只代表對用戶有限的價值。在物聯(lián)網(wǎng)傳感中，還必須考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸。

問題2：描述和數(shù)據(jù)手冊參數(shù)是否有助于評估最壞情況下的能耗？

在圖6中，列出了操作和睡眠模式的能耗。這個比例從3：4一直到2：1。使用數(shù)據(jù)手冊，您意識到，電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用壽命所需的大多數(shù)參數(shù)都缺失了。2016年2月的數(shù)據(jù)手冊ADuCM3027 REV.PrF（顯示在ULP分?jǐn)?shù)@EEMBC上）給出了3 V和25°C時的典型數(shù)據(jù)，但沒有最大數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)手冊Rev.PrG中，可以找到參數(shù)運行模式數(shù)據(jù)，但沒有關(guān)于低功耗電流的信息。Ambiq Micro Inc.的數(shù)據(jù)手冊（“Apollo MCU 數(shù)據(jù)表 2016 年 2 月開始的修訂版 0.9”）僅包含以 uA/MHz 為單位的典型電流消耗數(shù)據(jù)，內(nèi)部 RC 振蕩器 （HFRC） 的頻率為 24 MHz。

問題 3：您如何理解 RUN 模式下的當(dāng)前數(shù)據(jù)？

運行模式下的電流主要以 uA/MHz 表示。大多數(shù)低功耗MCU/SoC的工作性能低于其半導(dǎo)體工藝的性能可能性。我們可以假設(shè)以uA/ MHz為單位的線性電流消耗增加，基于這一事實，在公布的數(shù)據(jù)中將有一個有趣的畫面。

［圖7a/b|工作頻率范圍內(nèi)的電流消耗］

在LDO/線性調(diào)節(jié)模式和DC/DC模式下，電流消耗有不同的數(shù)據(jù)。一些數(shù)據(jù)手冊指出了特定頻率下的電流消耗，其他數(shù)據(jù)手冊則顯示了每MHz的電流。電流消耗無法精確確定。某些數(shù)據(jù)以最大數(shù)據(jù)形式給出。產(chǎn)品壽命或操作安全性（能量收集）不能根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行計算。

阿波羅數(shù)據(jù)表修訂版 0.9（安比克微型公司）僅顯示一個頻率的參數(shù) - 在 3.3V/1.8V 和 24MHz 的 HFRC（高頻 RC）下。有分頻器可用，但處理器內(nèi)核似乎只能在24MHz下工作;未校準(zhǔn)值，典型值 +/- 2%。它可以使用 32.768 KHz 晶體（XT 振蕩器）進行校準(zhǔn)。此外，沒有其他晶體的選項;這在時鐘發(fā)生器中是無意的。

您可以在SiLabs應(yīng)用筆記AN0027中找到另一個例子。

［圖8|數(shù)據(jù)表顯示了現(xiàn)有基極電流下的不同上升斜率（mA/MHz）。發(fā)布的圖表證實了這一點。資料來源：硅實驗室，AN0027 修訂版 1.03。

根據(jù)此圖（不是從28 MHz預(yù)先縮放），我們可以假設(shè)對于預(yù)定的頻率，需要考慮大約55uA的靜態(tài)基極電流和大約156 uA/MHz的動態(tài)部分。當(dāng)應(yīng)用在“預(yù)縮放”情況下運行時，消耗的基極電流要高得多。在“預(yù)縮放”模式下，您可能會期望更差的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，或者以不同的方式表達它，設(shè)備需要更多能量用于同一程序，或者在給定的有限能量源下運行更短。

數(shù)據(jù)手冊本身沒有說明基極電流。對于基極電流，您可以在應(yīng)用說明中找到：靜態(tài)功率，內(nèi)核域：34 uA@25°C，3 V。在數(shù)據(jù)手冊中，您可以找到靜態(tài)基極電流：155 uA/MHz （@ EM0， 14 MHz， 高壓、3.0 V）。在 1.2 兆赫（在 EM0、1.2 兆赫、高壓、3.0 V）下，該圖顯示約 242 uA。對于這種情況，數(shù)據(jù)手冊指出，典型值為200 uA（典型值）和240 uA（最大值）。因此，圖形值超出典型范圍。它高于數(shù)據(jù)手冊值 - 在這種情況下，比典型值高20%！

問題4：能否估算能源需求？溫度曲線是否可以在沒有復(fù)雜的硬件設(shè)置和調(diào)查的情況下使用？

我們?nèi)匀粚⒀芯恐攸c放在MCU/SoC設(shè)備上。半導(dǎo)體的電流消耗，特別是最新的高性能半導(dǎo)體工藝，非常依賴于芯片（或芯片）溫度。雖然高性能處理器和高性能應(yīng)用中的內(nèi)部溫度始終高于環(huán)境溫度，但節(jié)能MCU/SoC并非如此。在節(jié)能型 MCU/SoC 中，環(huán)境溫度對于應(yīng)用壽命非常重要。在“高”溫度（例如85°C/185°F）下，只有幾度的溫度變化會導(dǎo)致能耗的顯著差異。只有在恒溫恒溫室內(nèi)進行測量時，才能在基準(zhǔn)中獲得精確的數(shù)據(jù)。Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 頁，很好地說明了這一點。隨溫度變化顯示的電流消耗值是在以下工作條件下測量的：

? VDDIN = 3.3 V（曲線左側(cè)的值）和 1.8 V（曲線右側(cè)）

? 啟用超高效液化石油氣

? RTC 在外部 32 KHz 晶體上運行

? BOD33 被禁用

對于圖9中的圖示，數(shù)據(jù)取自數(shù)據(jù)手冊。

［圖9|在備份休眠模式下，RTC 模式下的量較低，為 20°攝氏度，但在85°時顯著;消耗的能量高出5倍。來源：Atmel-42385J-SAM L21_Datasheet_Complete-06/2016，第 1189 頁］

根據(jù)圖6a/b中的數(shù)據(jù)，運行模式和睡眠模式（或RTC模式）的能量需求大致相同。睡眠模式下的能量需求將作為整個能量消耗的一部分占主導(dǎo)地位。例如，在電池操作中，應(yīng)用在85°C時的使用壽命將縮短。

在現(xiàn)實生活中，大多數(shù)應(yīng)用都會暴露在溫度變化中并在非恒定溫度下運行。應(yīng)對上述情況至少需要兩個條件：

首先，數(shù)據(jù)手冊必須包括典型數(shù)據(jù)以及不同溫度下電流的最大數(shù)據(jù)，或者應(yīng)包括溫度范圍內(nèi)的電流消耗曲線。

其次，用戶需要一個相對精確的溫度曲線，該曲線與應(yīng)用的生命周期相關(guān)。這是由用戶控制的，出于質(zhì)量原因，用戶可以或?qū)⒋_保輪廓的精度。

我們只問了四個可能的問題。評估證實，如果沒有供應(yīng)商的進一步支持，就無法進行應(yīng)用壽命計算，例如提供的電池。眾所周知的“嘗試和錯誤”公式不會讓你在質(zhì)量部門成為朋友。

審核編輯：郭婷