基于ＡＴ９１ＳＡＭ７Ｌ的極低功耗系統(tǒng)設(shè)計

陳　飛

影響系統(tǒng)功耗的主要因素

對于一個數(shù)字系統(tǒng)而言，其功耗大致滿足以下公式：P=CV²f，其中C為系統(tǒng)的負(fù)載電容。v為電源電壓，f為系統(tǒng)工作頻率。由此可見，功耗與電源電壓的平方成正比，因此電源電壓對系統(tǒng)的功耗影響最大，其次是工作頻率，再就是負(fù)載電容。負(fù)載電容對設(shè)計人員而言，一般是不可控的，因此設(shè)計一個低功耗系統(tǒng)，應(yīng)該考慮在不影響系統(tǒng)性能的前提下，盡可能地降低電源的電壓和使用低頻率的時鐘。下面對ATMEL公司的AT91SAM7L來具體探討這個問題。

基于AT91 SAM7L的極低功耗系統(tǒng)設(shè)計

AT91SAM7L是工業(yè)級的32位RISC控制器，具有高性能和超低功耗的優(yōu)點，該系列產(chǎn)品嵌入了控制多個功率島(powerisland)的功率開關(guān)，以及可編程的電壓調(diào)節(jié)器，用于降低工作和待機(jī)模式下的功耗，為設(shè)計低功耗系統(tǒng)提供了有利的條件。

圖1是以AT91SAM7L為CPU的計算器的原理框架，其中還包括了AT91SAM7L電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

(1)電源的電壓

AT91SAM7L采用單電壓模式工作，電壓低至1.8V，在工作模式下，從閃存中執(zhí)行代碼時，典型的電流消耗為0.5mA／MHz。不同待機(jī)模式的功耗可通過多種方式來加以控制，例如功率開關(guān)，可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器，以及在電壓監(jiān)控器、上電復(fù)位和欠壓檢測電路使用采樣技術(shù)，而非持續(xù)量度。在關(guān)電模式下，AT91SAM7L的典型電流消耗僅100hA。

(2)低功耗模式和快速喚醒功能

在關(guān)電模式下，僅對快速喚醒(Fast Wake-up,FWUP)引腳供電，這樣只需按一個按鈕即可喚醒系統(tǒng)。這種功能可用于控制計算器等應(yīng)用的電源開／關(guān)。在后備模式下，只有電源控制器、零功耗上電復(fù)位(POR)和32kHz晶振電路在運行。RTC、2kb后備SRAM、BOD、電荷泵、LCD穩(wěn)壓器和LCD控制器均可獨立開／關(guān)。在等待模式下，該2MHz RC振蕩器便會快速喚醒系統(tǒng)，實現(xiàn)快速的外部事件管理。圖2是AT91SAM7L各種模式之間的轉(zhuǎn)換及狀態(tài)框圖。

(3)降低功耗技術(shù)

AT91SAM7L針對工作和待機(jī)模式采用了創(chuàng)新的降低功耗技術(shù)。在工作模式下，能通過可編程的方式設(shè)置工作電壓和工作頻率、外設(shè)時鐘活動，并采用DMA來替代CPu完成數(shù)據(jù)傳輸，從而優(yōu)化功耗。