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

相對于這些基準數據，數據表和描述（如應用程序說明）是了解公司產品能源需求數據的來源。大多數工程師能否在沒有廣泛研究的情況下根據現有文檔做出正確的決定？

問題 1：您如何評估基準數據？它們相對于數據手冊中的數據有何關系？

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

計算

基準聯盟定義了以下公式：

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，

是電子標記-CP 的含義。EBV

根據這些基準數據，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。

從數據手冊中，我們給出了休眠模式階段的典型電流消耗。然后根據基準數據（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。

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

EEMBC 網頁上發布的數據并不總是顯示操作模式時間。因此，區分操作和RTC模式的能量將是困難的。結合操作模式（t（RUN_cR/D）或t（RUN_D））的時間，可以在測量數據E_BV_cR和數據表參數E_D之間比較能耗。

［圖6a/b|來源是EEMBC基準值和供應商的數據，數據表和報告。我們列出了五個設備作為示例。需要澄清 EEMBC 文檔和數據表值。

ULPBench-CP頁面上列出的消耗能量根據數據手冊參數顯示與結果的偏差。偏差不能根據純數據手冊參數和ULP-Bench參數來確定。這種偏差可能來自典型的數據變化或開關損耗，在數據手冊中沒有提到。在某些應用中，測量與數據手冊之間的偏差起著次要作用。在現代傳感器應用中，例如使用加速度計和測量數據的模數轉換，需要幾Hz至KHz的采樣率。然后，開關損耗會導致顯著的能耗。將真實環境數據轉換為數字域是一個更大的挑戰。需要在這方面開展進一步活動，因為目前的基準只代表對用戶有限的價值。在物聯網傳感中，還必須考慮數據轉換和傳輸。

問題2：描述和數據手冊參數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。使用數據手冊，您意識到，電池供電系統的應用壽命所需的大多數參數都缺失了。2016年2月的數據手冊ADuCM3027 REV.PrF（顯示在ULP分數@EEMBC上）給出了3 V和25°C時的典型數據，但沒有最大數據。在數據手冊Rev.PrG中，可以找到參數運行模式數據，但沒有關于低功耗電流的信息。Ambiq Micro Inc.的數據手冊（“Apollo MCU 數據表 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據，內部 RC 振蕩器 （HFRC） 的頻率為 24 MHz。

問題 3：您如何理解 RUN 模式下的當前數據？

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

［圖7a/b|工作頻率范圍內的電流消耗］

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

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

您可以在SiLabs應用筆記AN0027中找到另一個例子。

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

根據此圖（不是從28 MHz預先縮放），我們可以假設對于預定的頻率，需要考慮大約55uA的靜態基極電流和大約156 uA/MHz的動態部分。當應用在“預縮放”情況下運行時，消耗的基極電流要高得多。在“預縮放”模式下，您可能會期望更差的基準數據，或者以不同的方式表達它，設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。

數據手冊本身沒有說明基極電流。對于基極電流，您可以在應用說明中找到：靜態功率，內核域：34 uA@25°C，3 V。在數據手冊中，您可以找到靜態基極電流：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，數據手冊指出，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。它高于數據手冊值 - 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雜的硬件設置和調查的情況下使用？

我們仍然將研究重點放在MCU/SoC設備上。半導體的電流消耗，特別是最新的高性能半導體工藝，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用中的內部溫度始終高于環境溫度，但節能MCU/SoC并非如此。在節能型 MCU/SoC 中，環境溫度對于應用壽命非常重要。在“高”溫度（例如85°C/185°F）下，只有幾度的溫度變化會導致能耗的顯著差異。只有在恒溫恒溫室內進行測量時，才能在基準中獲得精確的數據。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（曲線左側的值）和 1.8 V（曲線右側）

? 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，數據取自數據手冊。

［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］

根據圖6a/b中的數據，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地位。例如，在電池操作中，應用在85°C時的使用壽命將縮短。

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

首先，數據手冊必須包括典型數據以及不同溫度下電流的最大數據，或者應包括溫度范圍內的電流消耗曲線。

其次，用戶需要一個相對精確的溫度曲線，該曲線與應用的生命周期相關。這是由用戶控制的，出于質量原因，用戶可以或將確保輪廓的精度。

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

審核編輯：郭婷