汽車MCU低功耗解決方案

孫濤　貢玉南

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車上的電子控制系統(tǒng)數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。以ECU為核心的車載電子控制系統(tǒng)逐步取代了被動(dòng)器件和機(jī)械系統(tǒng)，同時(shí)也完成了大多數(shù)測(cè)量、驅(qū)動(dòng)和控制的功能。

由于新型車載電子控制系統(tǒng)在車輛應(yīng)用中的增加，導(dǎo)致對(duì)電源負(fù)載以每年約100W的速度增加。當(dāng)前所面臨的最大挑戰(zhàn)是在相同的電池電源條件下，找到新的方法來保證汽車電子設(shè)備的數(shù)量及功能的不斷增加。故在實(shí)際應(yīng)用中需要MCU的功耗持續(xù)降低。

另外，數(shù)字電路的最大功耗和可靠性問題是密切相關(guān)的，例如，電遷移和熱載流子導(dǎo)致的器件老化。而且由于芯片散熱而引起的熱應(yīng)力也是關(guān)系可靠性的主要問題之一。因此，減少功耗對(duì)提高芯片的可靠性也是至關(guān)重要的。

為了應(yīng)對(duì)日趨增長(zhǎng)的低功耗需求，飛思卡爾Qprivva系列32位MCU采用了專門的設(shè)計(jì)達(dá)到降低整體功耗的目的。除了改善的器件特性和更小的工藝尺寸，電路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的措施也在很大程度上降低了功耗。

飛思卡爾基于32位Power架構(gòu)的Qoriwa系列MCU專門為嵌入式汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)。這一系列MCU采用了多種低功耗設(shè)計(jì)達(dá)到降低動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的效果，主要包括：

·多種工作模式

·門控電源

·門控時(shí)鐘

多種工作模式

圖1所示為飛思卡爾QorivvaMPCS60xB系列的不同工作模式圖。

Qoriwa MPC560xB系列MCU包含了HALT，STOP和STANDBY 3種低功耗模式，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合使用不同的工作模式。

HALT模式下，系統(tǒng)活動(dòng)減少，內(nèi)核時(shí)鐘關(guān)閉，鎖相環(huán)、flash存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等模塊均可以關(guān)閉從而降低功耗，這一模式可以用于LIN低速發(fā)送接收等情況。

相比HALT模式，STOP模式可通過配置關(guān)閉絕大多數(shù)外設(shè)進(jìn)一步降低MCU的功耗。該模式保留了整個(gè)MCU的供電，因此相比STANDBY模式擁有更短的恢復(fù)時(shí)間。STOP模式可配置關(guān)閉所有的時(shí)鐘源并保留當(dāng)前狀態(tài)，在此模式下鎖相環(huán)一致處于關(guān)閉狀態(tài)，在退出STOP模式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用高速內(nèi)部時(shí)鐘直到指定的時(shí)鐘穩(wěn)定。

STANDBY模式下內(nèi)核停止，flash存儲(chǔ)器以及大多數(shù)外設(shè)均被關(guān)閉，芯片大部分電源被切斷，從而達(dá)到可能的最小功耗。此時(shí)MCU可以被外部的引腳、復(fù)位或者使用低功耗時(shí)鐘的周期性喚醒源所喚醒。表1列出了在室溫條件下Qorivva MPC5602B不同工作模式下的功耗。

門控電源

Qoriwa MCU內(nèi)部被劃分為3個(gè)不同的電源域，不同的外設(shè)分別屬于不同的電源域。電源控制單元允許用戶在不同的模式下對(duì)某一個(gè)電源域供電或者斷電。在模式切換時(shí)，根據(jù)用戶的配置，有限狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)開啟或者關(guān)閉各個(gè)電源域的供電從而保證狀態(tài)切換是平順且安全。例如：進(jìn)入STANDBY模式將會(huì)切斷內(nèi)核、大多數(shù)外設(shè)、時(shí)鐘等模塊的電源，因此可以節(jié)省最多的功耗。

門控時(shí)鐘

MCU的功耗與工作時(shí)鐘直接相關(guān)，這就意味著在單位時(shí)間內(nèi)越多的門翻轉(zhuǎn)將會(huì)帶來越大的功耗。QorivvaMPC560xB系列MCU采用了多種方式降低門翻轉(zhuǎn)所帶來的動(dòng)態(tài)功耗。包括：1.停止內(nèi)核時(shí)鐘，在低功耗模式下，斷開內(nèi)核的時(shí)鐘可以有效降低內(nèi)核的功耗。2.外設(shè)時(shí)鐘分頻，對(duì)于一些不需要高速運(yùn)行的外設(shè)，可以降低外設(shè)的時(shí)鐘從而降低動(dòng)態(tài)功耗。3.斷開部分無需使用的外設(shè)時(shí)鐘，可以有效的降低由外設(shè)帶來的動(dòng)態(tài)功耗。

總結(jié)

飛思卡爾Qorivva系列MCU除了采用更好特性的器件和更先進(jìn)的工藝尺寸，還提供了應(yīng)用層的低功耗解決方案，用戶可以通過結(jié)合使用不同的工作模式，降低系統(tǒng)功耗，應(yīng)對(duì)低功耗挑戰(zhàn)。