《電子技術應用》
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基于AT91SAM7L的極低功耗系統設計
摘要: 對于一個數字系統而言,其功耗大致滿足以下公式:P=CV2f,其中C為系統的負載電容,V為電源電壓,f為系統工作頻率。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的功耗影響最大,其次是工作頻率,再就是負載電容。負載電容對設計人員而言,一般是不可控的,因此設計一個低功耗系統,應該考慮在不影響系統性能的前提下,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。
Abstract:
Key words :

影響系統功耗的主要因素

對于一個數字系統而言,其功耗大致滿足以下公式:P=CV2f,其中C為系統的負載電容,V為電源電壓,f為系統工作頻率。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的功耗影響最大,其次是工作頻率,再就是負載電容。負載電容對設計人員而言,一般是不可控的,因此設計一個低功耗系統,應該考慮在不影響系統性能的前提下,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AT91SAM7L的極低功耗系統設計

AT91SAM7L是工業級的32位RISC 控制器,具有高性能和超低功耗的優點,該系列產品嵌入了控制多個功率島 (Power island) 的功率開關,以及可編程的電壓調節器,用于降低工作和待機模式下的功耗,為設計低功耗系統提供了有利的條件。

圖1是以AT91SAM7L為CPU的計算器的原理框架,其中還包括了AT91SAM7L電源系統結構圖。

⑴ 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,從閃存中執行代碼時,典型的電流消耗為0.5mA/MHz。不同待機模式的功耗可通過多種方式來加以控制,例如功率開關,可調電壓調節器,以及在電壓監控器、上電復位和欠壓檢測電路使用采樣技術,而非持續量度。在關電模式下,AT91SAM7L 的典型電流消耗僅100nA。

⑵ 低功耗模式和快速喚醒功能

在關電模式下,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。這種功能可用于控制計算器等應用的電源開/關。在后備模式下,只有電源控制器、零功耗上電復位 (POR) 和32kHz晶振電路在運行。RTC、2kb后備SRAM、BOD、電荷泵、LCD 穩壓器和LCD控制器均可獨立開/關。在等待模式下,該2MHz RC振蕩器便會快速喚醒系統,實現快速的外部事件管理。圖2是AT91SAM7L各種模式之間的轉換及狀態框圖。

⑶ 降低功耗技術

AT91SAM7L針對工作和待機模式采用了創新的降低功耗技術。在工作模式下,能通過可編程的方式設置工作電壓和工作頻率、外設時鐘活動,并采用DMA來替代CPU完成數據傳輸,從而優化功耗。
 

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