如今，由電池驅(qū)動的便攜式設(shè)備已蔓延到社會的各個角落。移動計算和感應(yīng)裝置也在不斷涌現(xiàn)，為工程師們提供了大量數(shù)據(jù)和應(yīng)用。但這些便攜式設(shè)備配備的電池在尺寸和重量上都有所縮減，這限制了電池的容量。由于需要考慮設(shè)備提供的多種功能，又要兼顧電池的充電時間間隔，因此減小電池的尺寸和重量就變得更加難以實現(xiàn)了。選擇低功耗微電子整流器顯然是解決這個問題的第一步，然而還有很多種通過軟件和硬件省電的方法，這些方法可以確保每毫安時的電量得以充分利用。

方法1：建立電池預(yù)算

在早期的設(shè)計流程中，人們往往強(qiáng)烈建議納入電池預(yù)算。人們可對當(dāng)前電路板上各個器件所需的電流進(jìn)行統(tǒng)一記錄，以大體了解所需的電流量，以及所選電池是否適用。器件電池預(yù)算數(shù)據(jù)表列出了每個器件所需的最低標(biāo)準(zhǔn)及最大電流。據(jù)保守方法估計，電池預(yù)算僅基于器件所需的最大電流值進(jìn)行。既然excel工作表格易于復(fù)制，可以分別依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和最大電流進(jìn)行電池預(yù)算，這將提供一個更全面的電流范圍。如果需要更多的電池，請不要擅自推進(jìn)計劃，預(yù)先做些必要的改變可避免在接下來的數(shù)周或數(shù)月內(nèi)走彎路。表1為電池預(yù)算模板示例，可從作者網(wǎng)站的設(shè)計文章/設(shè)計流程中下載。

方法2：將不用的MCU I/O引腳設(shè)為最低功率狀態(tài)

對于當(dāng)前不用的I/O引腳而言，人們很容易忽略應(yīng)該做什么樣的設(shè)置。這個小小的疏忽有可能會使本來很有銷路的產(chǎn)品變得無人問津。對于如何處理不用的引腳，每個微控制器都提供了不同的建議，仔細(xì)查看數(shù)據(jù)表后就會明白應(yīng)該如何處理。例如，根據(jù)某芯片供應(yīng)商提供的電池預(yù)算數(shù)據(jù)表中的建議，任何不用的I/O引腳的輸出和驅(qū)動都應(yīng)設(shè)置為低功率狀態(tài)，其目的是最大限度地降低泄漏和靜態(tài)電流，從而將用電量降到最低。盡管這些引腳泄漏的電流很小，但日積月累，也會消耗掉很多電量。

方法3：關(guān)閉不用的MCU外圍設(shè)備

就像在家里一樣，為了節(jié)約用電，哪個房間沒人就應(yīng)該把哪個房間的燈關(guān)閉。微控制器也一樣。若有模數(shù)轉(zhuǎn)換器或脈寬調(diào)制器這種不用的外圍設(shè)備，應(yīng)將其關(guān)閉以節(jié)約用電。外圍設(shè)備的耗電量非常大!你可以從數(shù)據(jù)表中選擇一款最喜歡的微控制器，并瀏覽數(shù)據(jù)表的耗電量數(shù)據(jù)，看其外圍設(shè)備的耗電量是多少。有些供應(yīng)商不提供這方面的信息，工程師可以在臺架上安裝一些硬件，并使用測試軟件通過打開、關(guān)閉外圍設(shè)備獲取其電流信息。在所有的外圍設(shè)備中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器及USB外圍設(shè)備所消耗的電量往往最大。

方法4：關(guān)閉不用的MCU時鐘

既然所有不用的外圍設(shè)備都已關(guān)閉，為其設(shè)置時鐘信號也就沒有多大意義了。為了傳遞時鐘信號，為微控制器內(nèi)部不同的外圍設(shè)備設(shè)置時鐘信號會消耗很多電量(內(nèi)部的時鐘脈沖門需要通電)。這些脈沖門需要提供電壓和少量電流。為了將MCU的耗電量降到最低，應(yīng)關(guān)閉所有不用的時鐘。雖然這樣做短時間內(nèi)能節(jié)省的電量并不多，但是聚沙成塔，時間長了省下的電量也會非常驚人!

方法5：使用省電模式

當(dāng)前所有的微控制器都提供省電模式。其中采用的理念是將處理器和外圍設(shè)備設(shè)置為一種近似關(guān)閉或停止但同時又可以快速切換至正常工作的狀態(tài)，以最大程度地降低耗電量。大多數(shù)微控制器支持至少三種用電模式，然而更高級的處理器支持的用電模式甚至超過了七種，開啟、空閑和備用是最常見的三種用電模式。對某運營商提供的耗電量檢驗結(jié)果數(shù)據(jù)表顯示，開啟模式、空閑模式和備用模式下微控制器所需的電流分別為24mA、5.6mA和0.1mA，差異非常大。適當(dāng)使用省電模式可以大大延長電池的使用時長。[!--empirenews.page--]

方法6：調(diào)節(jié)系統(tǒng)時鐘的頻率

MCU采用的時鐘頻率也是可以延長電池使用時長的一個潛在因素。CPU時鐘頻率和運行微型處理器所需電流量之間有直接的線性關(guān)系。從圖1中可看出，時鐘頻率越高，所需的電流也越高。不斷調(diào)節(jié)微控制器的時鐘頻率是一種省電的好方法。當(dāng)需要進(jìn)行密集計算或快速操作時，可調(diào)高時鐘頻率。當(dāng)任務(wù)完成，系統(tǒng)在低頻率狀態(tài)下運行時，可調(diào)低時鐘頻率。調(diào)節(jié)系統(tǒng)時鐘的頻率有可能會將電池使用時長延長數(shù)小時。請注意，這是一項復(fù)雜的操作。在調(diào)整時鐘頻率之后，所有跟蹤時鐘信號的外圍設(shè)備都必須相應(yīng)地更新其時鐘分頻器的設(shè)置，使分頻器保持相同的運行速率。

方法7：使用高效的算法

使用高效算法基于這樣一個事實：系統(tǒng)在低功率模式和低頻率狀態(tài)下運行的時間越長，電池的使用時長就會相應(yīng)增加。使用高效、快速的算法可延長系統(tǒng)在省電模式下運行的時間。在省電模式下，系統(tǒng)所需電流僅相當(dāng)于在全開模式下所需電流的很小一部分。應(yīng)嘗試讓所設(shè)計的軟件和系統(tǒng)在完成必要的操作之后，隨即進(jìn)入低功率模式。但愿這樣做不僅可以延長電池使用時長，還可以使電池變得更小、更輕便和更便宜。

方法8：注意泄漏電流較大的器件

設(shè)計電路時，必須對泄漏電流和靜態(tài)電流有充分的了解。如必要，應(yīng)構(gòu)建出電路原型并驗證其電流消耗。應(yīng)注意需要高待機(jī)電流和低上拉電流或低下拉電流的器件，確保將該信息寫入電池預(yù)算中。

方法9：選擇可關(guān)閉的外部組件

在硬件設(shè)計期間選擇組件時，選擇具有低功率模式或可以關(guān)閉的傳感器及外部組件非常有用。像EEPROM、閃存和傳感器這樣的外部組件通常都支持低功率模式。如果它們不支持低功率模式，可以通過幾種方法關(guān)閉這些外部組件。其中一個方法是設(shè)計開關(guān)(例如FET)，之后利用開關(guān)打開或關(guān)閉外部組件。該方法存在的一個問題是，工程師需在設(shè)計中包含一個至少0.3V~0.7V的二極管電壓降，否則會影響組件的運行。第二個方法是使用一個帶有使能/去使能引腳的校準(zhǔn)器。

方法10：為器件添加一條電壓和電流監(jiān)控電路

工程師需要根據(jù)數(shù)據(jù)做出設(shè)計決策。在很多情況下，電池使用時長優(yōu)化是項目中的最后一環(huán)。項目團(tuán)隊會首先實現(xiàn)產(chǎn)品的其它特性，直到產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)線之前，他們才開始想辦法延長電池的使用時長。通過兩條簡單的電路對電池的電壓和電流進(jìn)行監(jiān)測是了解系統(tǒng)電池性能最好的方法之一。監(jiān)測信息可被記錄下來，以便用來確定放電/充電周期及穩(wěn)態(tài)電流，并從電量使用的角度真正了解系統(tǒng)如何運行。憑借此方法，實施本文中介紹的任意一種省電方法后，就可以確定節(jié)約了多少電。

這些省電方法也適用于那些難以省電的、耗電量較大的器件。由于這些省電方法會降低系統(tǒng)耗電量、提高系統(tǒng)運行效率，因此在產(chǎn)品設(shè)計期間就應(yīng)該想到這些方法，而不是在產(chǎn)品推出時才關(guān)注這一問題。希望傳感器的最新設(shè)計方案能充分延長電池的工作時長。省電快樂!