IoT(Internet of things)，物聯網開辟了大量新應用，并產生了更多對監控或者控制功能的渴望。不幸的是，功耗也隨著功能的增加而增加。這是考慮整個系統功耗需求的出發點。大量的功能模塊消耗很大的電流。幸運的是，并非所有功能都需要在最大的功耗模式下持續工作。那么目標就是關閉當下不需要的一切功能以減小功耗。一個設備始終一直在工作的就要求超低功耗。可以考慮使用RTC，因為RTC實時時鐘是一直在工作的。

性能很好的RTC模塊在全速運行時的功耗低至60 nA。這樣的RTC在保持時間的同時能夠定期打開系統控制器來檢查動作。通常能將當前總體功耗降低> 90％已經被證明是可以實現的。

本文不僅指出了應用中額外電流可能泄漏的痛點和敏感點，而且還提出了減少影響的措施。

目錄

1.低功率1低功耗

2.比較LED，無源LCD，MCU低功耗，RTC，低功耗RTC

3.在系統級別上進行低功耗劃分

4.控制活動級別

5.關鍵器件RTC模塊的選擇

6.結果和結論

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低功率1低功耗

**今天一切都聲稱是低功率（LP）。下一代應用程序可能只有輕微的功率減小就已經貼上了低功率LP標簽。對于電池供電的系統，必須考慮實際的電流消耗與電池容量的關系。

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1.1 電流消耗

可穿戴式，便攜式和許多IoT應用被迫使用最少的能量以減小功耗。利用低電壓電源是一個很好的起點，因為大多數耗散都具有歐姆特性。選擇并優化電路以實現最低功耗。不同元件的比較說明了單個電流消耗的大小：微控制器單元（MCU）不需要連續運行！

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比較LED，無源LCD，MCU低功耗，RTC，低功耗RTC

假設：3.0 V的電源電壓

2.1 電池容量

下面幾個參數使得鋰電池（或鋰電池組）非常受歡迎：

• 電源電壓相對較高，為4.2 ... 3.9 V，非常適合具有峰值功率的電源功能
• 每體積容量高，每重量容量高
• 可觀的充電/放電循環次數
• 提供各種容量，例如幾千毫安

使用可充電電池是保持系統始終處于活動狀態的理想選擇。關鍵參數是：

• 低泄漏，因此自放電小
• 非常適合給低功耗RTC和記憶功能提供供電

作為備用電池，紐扣電池也很受歡迎：

例如一次性電池Li 2032 CR2032 MFRR，它是

• 體積小：?20毫米，厚度3.2毫米
• 恒定電源電壓：3.0 V
• 容量：225 mAh
• 低成本
• 大量供應商：Renata，Duracell，Varta…
• 高可用性

2.2 運行時間

電流消耗隨時間變化：

示例：無線遠程監控模塊。功能：根據控制系統的變化定期檢查傳感器，并且將大偏差值傳輸到基站。（Implementation A）在典型情況下，動作發生在時間a）的隨機點。動作b）消耗最大電流。微控制器c）一直在運行以及時準備好以捕獲必要的動作。集成在微控制器d）中的RTC允許對動作加時間戳。e）顯示了總的電流消耗。

借助LOW POWER RTC模塊(Implementation B），微控制器僅定期起來查看是否有動作要處理c'），其他沒有事件處理的時間恢復到休眠模式，因此平均電流c''）可能降低到技術上的最小值。在實際情況下，動作時間（MCU處理事件）可能只是持續時間很短，只占整個時間段的一小部分，因此節省f）代表了主要部分。

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在系統級別上進行低功耗劃分

在設計早期階段考慮供電架構架構是一種良好的做法。電源線應按照不同功能塊可以完全關閉的方式進行布線。

3.1 過程監視模塊的通用示例

a）理想情況下，所有傳感器都會連續激活（每秒1000次），但這是至關重要的嗎？仔細研究每個單獨的塊可以探索降低功耗的潛力，只需延長采樣之間的時間。

b）傳感器1：只要溫度<55°C，每分鐘只需讀取一次。當溫度高于55°C，必須每10秒檢查一次。

c）傳感器2：水位不能快速變化，因此每15分鐘檢查一次就足夠了。

d）通信：通信模塊將在固定時間每天通信一次，或者在參數超過臨界限值時立即通信。

3.2 關鍵點

關閉電源后，檢查所有線路的漏電流。標準FET開關很容易泄漏幾μA數量級的電流。具有開漏配置的通信線路也是潛在的漏電流來源。確保上拉電阻連接到控制器電源。用于開關電源的二極管必須是低泄漏肖特基型。

必須關閉測試頻率輸出并配置為最低功耗。

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控制活動級別

在以下情況下達到最低的系統功耗：

• 只有一個超低功耗設備始終保持開啟狀態，控制定期喚醒并保持時間。
• 關閉所有其他塊，如果不可行，該模塊需要進入休眠狀態或最低功耗空閑模式。這可能意味著>> 95％的時間內唯一的需要供電的電路是RTC模塊。

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選擇關鍵器件： RTC模塊

RTC模塊優于具有單獨Xtal的通用RTC，尤其適用于物聯網和電源關鍵應用。將RTC電路與32 kHz晶振集成到模塊中最少有5個參數得到優化：

• 由于晶體與振蕩器的匹配相應地優化，因此精度更高。室溫下的容差限制在±2到±20 ppm之間，而外部晶體的RTC由于匹配的擴散導致±30 ... 35 ppm。
• 外形尺寸小得多，與標準封裝中的晶體尺寸大致相同：1.5 x 3,2mm。
• 由于振蕩器電路采用密封封裝，外部無法觸及高阻抗觸點，因此可承受惡劣的環境條件，如潮濕和灰塵污染。晶體和RTC電路的距離非常小降低了對雜散信號耦合的敏感性。
• 包裝的設計保證了出色的溫度跟蹤。這種行為是準確補償石英拋物線溫度特性的基礎。在-40°C至+ 85°C范圍內，可以做到公差±3 ppm即大概誤差2秒/周。
• 還可提供時間戳或用于切換備用電池的集成開關等附加功能。
• 獨立的RTC模塊可以作為完全獨立的看門狗來監控執行期間的軟件。

RTC模塊非常適合在應用級別上節省功耗：

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結果和結論

有許多應用需要一次高計算能力來處理數據并在很短的時間內執行特殊任務。之后系統可以回退到空閑模式。增加一個專用的低功耗RTC模塊來調度喚醒功能可將功耗降至最低。

將微控制器與低功耗RTC模塊相結合

提高了系統性能：

• 最低功率預算
• 節省備用電源的成本：只需要一個更小的電池
• 準確的時間
• 自主看門狗功能

作者: Markus Hintermann, Product Manager Micro Crystal AG