针对便携式工业测量应用延长电池寿命的诀窍

对于便携应用而言，电池寿命至关重要。正如烟雾探测器、安全设备和自动调温器等应用，工厂原装的电池需要能够维持长达10年以上的工作时间。因此，延长电池寿命已成为便携式应用设计中的关键组成部分。

为了最大程度地延长电池寿命，设计师需要将系统的平均电流消耗降至最低。要实现这个目的，采用多种低功耗工作模式及选用合适的元器件就非常重要。就低功耗工作模式而言，其中就包括关断模式和实时时钟待机操作模式。而主要的元器件包括：微控制器(MCU)、电源和信号链路元件。由于各种MCU在成本、外设设计、CPU架构及片上资源集成度等方面的差异日益增多，要为具体应用选择一款最佳的MCU变得更具挑战性。

对于便携式工业测量应用而言，要挑选出最适合的MCU，就须优先考虑个中的关键应用需求，如拥有更长的电池寿命、高性能的模拟外设和丰富的用户接口。右文谈到了一些实现最长电池寿命的诀窍，供设计人员参考。

应该

1.尽量将待机模式的电流消耗降至最低。在许多便携式应用中，在超过99%的时间内，CPU都处于空闲状态。这种情况下，电流消耗会逐渐向空闲模式过渡，在这种模式下，既可以进入完全关断模式或等待外部中断直至被唤醒的模式，又可利用定时器进行实时时钟操作。

2.选用唤醒时间最短的MCU。MCU在工作模式下电流消耗最大。在MCU唤醒过程中，也就是从空闲模式进入工作状态时，CPU消耗的却是数值要高出很多的工作模式电流。因此，设计人员应该考虑选用唤醒和代码执行速度越快越好的MCU。一般而言，我们将从产生中断到时钟恢复快速稳定运行之间的这段时间定义为唤醒时间。在图中，德州仪器MSP430F20x1的中断唤醒时间少于200纳秒。

3.采用低功耗欠压复位(BOR)保护。任何便携应用都需要BOR或低压检测功能，以此确保在电源电压降至低于规定值时，系统能自动复位。许多MCU都具备欠压保护功能，但也额外增加了20至70微安的电流消耗。由于此项保护功能必须一直处于工作状态，设计人员应考虑采用低功耗的BOR功能。例如，TI的MSP430 16位MCU就具有“零”功耗欠压复位保护功能。

4.尽可能高地提高集成度。某些MCU整合的功能，使你无须在板上采用高分辨率A/D、运算放大器和12位D/A。这些集成的功能可进行寄存器通信，从而取代了电流消耗更大的串行通信。在电路板上添加任何元器件，都会导致漏电流增大。

图：便携式应用应当采用唤醒时间短的MCU，从而节省电流消耗

不应该

1.仅仅依靠一项规范的首页资料，就选定一款MCU。设计人员必须仔细阅读完整数据手册，留意最坏条件下的工作温度、极限参数和工作电压。

2.想当然地认为不同供应商的MCU的工作模式都差不多。实际上，MCU的电流消耗值会因不同供应商而异。例如，某家MCU供应商也许就不会提供在某种给定工作条件下所常见的全部功能。

3.采用多种电源。某些设计需要采用多种电源或复杂电源。由于电源在大多数情况下都要持续工作，使用低压差稳压器或升压转换器可能导致代价高昂，因为它不仅增加了成本，还导致平均电流消耗更大。可以考虑采用3V电源供电。

4.采用轮询监控。某些MCU建议采用无限循环，这样就可循环监控你要监控的所有外设。这是一种低效方法，它加大了CPU负荷，并增加了电流消耗。请考虑采用具有优异中断功能支持的MCU。例如，有些低功耗MCU拥有支持多达两个8位端口的中断向量，而其它一些MCU则只支持极少数的I/O。

5.不当使用CPU。一条常规建议是仔细阅读用户手册，确保充分利用MCU提供的特性。必须意识到，每执行一行无用代码，就会浪费一些电池电量。一款低功耗MCU应该具有这样的硬件特性：当外设执行无须任何处理工作的特定任务时，应使CPU保持在关断状态。以自动扫描为例，A/D转换器能自动扫描不同通道，并将数值存储在临时缓冲器、闪存或RAM中，而无须涉及CPU。

作者：Juan Alvarez

MSP430微控制器经理

德州仪器