以瓦(通常是毫瓦，mW)為單位的功耗是低功率應用的正確術(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，這對于固定運行電壓來說無所謂，但當使用電池放電時，電壓會隨著時間和負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用來說，峰值功耗將不是問題。

細節(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)。所有標準硬件都支持這一點，在早期它提供了更大的價值。同樣容易理解的是，要運行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。如果主機必須等待外部設(shè)備的數(shù)據(jù)準備好，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。

預測能耗的復雜性增加了，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)來運行無線電，然后從中提取數(shù)據(jù)來對能耗進行估計。

審核編輯 黃宇