以瓦(通常是毫瓦，mW)為單位的功耗是低功率應(yīng)用的正確術(shù)語，但通常會使用以安培(通常是毫安，mA)為單位測量的電流消耗。由于功率就是工作電壓乘以電流，這對于固定運(yùn)行電壓來說無所謂，但當(dāng)使用電池放電時，電壓會隨著時間和負(fù)載條件的變化而變化時，就變得更加難以估計。

功耗通常不是最重要的

通常以焦耳(通常為微焦耳，μJ)為單位測量的能耗決定了完成特定任務(wù)實際從電池中消耗了多少電量。能耗是功耗與執(zhí)行操作所需時間的積分。同樣，對于靜態(tài)信號，能耗是功耗和時間的簡單相乘，但對于變化的信號，將需要更復(fù)雜的計算。

功耗最有意義之處是在使用電流受限的電源時，如鋰離子紐扣電池。這種電池在小型傳感器設(shè)備和智能設(shè)備中備受歡迎，但只能提供大約幾個毫安電流峰值而不會損壞。如果您拉取更高的峰值電流，可能會永久性地降低電池的容量，也可能會影響輸出電壓。對于有足夠電流支持峰值電流的應(yīng)用來說，峰值功耗將不是問題。

細(xì)節(jié)決定成敗

產(chǎn)品數(shù)據(jù)表通常給出MCU(微控制器)不同組件和運(yùn)行條件下的功耗。這些數(shù)字很容易測量，并且已經(jīng)以這種方式呈現(xiàn)了幾十年。但直到最近，我們才開始看到設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)。

部分問題在于，測量靜態(tài)電流或峰值電流很容易實現(xiàn)。所有標(biāo)準(zhǔn)硬件都支持這一點(diǎn)，在早期它提供了更大的價值。同樣容易理解的是，要運(yùn)行CPU、串行總線或其他硬件模塊(如無線電)，您又額外需要一定毫安的電流。

您無需穿越到很久以前，就能找到這樣設(shè)計的設(shè)備，這種信息可以讓您對給定場景的能耗進(jìn)行合理的估計。您可以估算CPU在給定時間內(nèi)保持喚醒狀態(tài)的能耗，或者通過UART或使用無線電發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的能耗。

使用現(xiàn)代MCU，可以同時啟用的功能組合已經(jīng)增長到驚人的數(shù)量，因此不可能在一個數(shù)據(jù)表中涵蓋所有這些組合。這使得能夠輕松地測量這些場景變得越來越重要。

使用數(shù)字門降低功耗

隨著每年推出的器件尺寸不斷縮小，數(shù)字門變得越來越便宜，這推動了更復(fù)雜的節(jié)能設(shè)計。例如，過去大多數(shù)MCU的設(shè)計方式是將時鐘分布到整個設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)被更精細(xì)的門控時鐘解決方案所取代。

這極大地降低了功耗，也使得以一種可能估算能耗的方式記錄電力消耗變得越來越困難。隨著設(shè)備的功耗變得越來越動態(tài)，它將根據(jù)特定時間的活動內(nèi)容而變化。采用更激進(jìn)的能效設(shè)計的設(shè)備將看到更動態(tài)的功率消耗。

來自真實世界的示例

在Nordic Semiconductor nRF52和nRF53系列芯片中，調(diào)節(jié)器、振蕩器和數(shù)字邏輯等功能模塊可以根據(jù)需要在后臺啟動和停止。功耗瞬息萬變，因此沒有“靜態(tài)”數(shù)據(jù)可以測量。

當(dāng)使用TWI主設(shè)備時，數(shù)據(jù)傳輸時的功耗可能由幾個μA上升到幾百μA。如果主機(jī)必須等待外部設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，那么功耗將上升到不同水平，并且部分TWI設(shè)備將在空閑時關(guān)閉。

預(yù)測能耗的復(fù)雜性增加了，但與此同時，能效得到了很大的提升。

估算這些系統(tǒng)能耗的一種方法是制作更小型的測試軟件，然后使用合適的工具對其進(jìn)行功率分析，以建立與您的需求相匹配的模型。Nordic Semiconductor Online Power Profiler采用從實際測量中收集的數(shù)據(jù)來運(yùn)行無線電，然后從中提取數(shù)據(jù)來對能耗進(jìn)行估計。

審核編輯 黃宇