優化面向超低功耗設計的微控制器功效

對于電動牙刷、PMP、遙控器、無線傳感器以及其它便攜和手持式設備來說，必須將功率管理貫穿于系統的各個層面。通過高效單電池電壓轉換優化功耗、利用多種電流模式、引入智能電池管理、在應用級采用節能技術，便可以在整個系統范圍實現功耗調節。

高效的電壓轉換

許多超低功率應用都在向單電池架構方向發展，以降低器件成本，減小尺寸和重量。這三個要素也是決定電池供電便攜式應用產品成功與否的關鍵。很多時候，電池甚至比其它所有元器件加上PCB還要重。此外，標準AA或AAA電池通常是PCB上最大的組件。將電源精簡為單個電池的方案頗具吸引力，因為其能夠簡化電池座設計，并使產品的整體結構變得更輕巧。

不過，單電池電源的設計也給設計人員帶來了各種新的挑戰。雖然當完全充滿電后，單電池的電壓范圍通常在1.2V-1.5V，但實際上即便電池電壓降至1V以下，仍有相當多的能量可供使用。電源電壓為1.8V的MCU需要至少兩個電池串聯工作。而有些應用，比如利用很大的正向電壓驅動高亮度LED，更是需要4個電池之多。為了通過單電池來驅動電機、LED甚至是處理器本身，必須利用一個調節器，把現有電壓提升到合適的水平。然而升壓調節器的成本幾乎就相當于一個MCU，而且還需要占用很多PCB空間。此外，有些調節器還必須通過MCU來控制，從而進一步增加了設計的復雜性。

MCU內的集成自管理升壓調節器的無縫工作，不僅可以避免由外部調節器帶來的大多數成本和空間問題，而且相比采用外部DC-DC轉換器，其MCU還能提供更高的功效。例如，集成式調節器ATtiny43U(見圖1)就能夠提升低至0.7V的電壓，較之由其它類型實現方案支持的技術更能在接近電池儲量的極限下放電。一個集成式調節器還可實現相當小的無功電流(ATtiny43U的典型值是1uA)，而且一旦有足夠電壓，就能夠自動啟動(1.2V表示滿電池或接近充電完成)。

除此之外，這種調節器還支持所有的電池技術，賦予設計人員充分自由來選擇針對某種特定應用的最佳電池。電池電壓范圍為0.7V-1.8V，開發人員可以使用1.6V堿性電池或氧化銀電池、1.5V鋰電池、1.4V鋅空氣電池(Zinc-Air)，以及1.2V鎳氫和鎳鎘電池等。

升壓及低電流模式

對許多應用而言，無外部驅動電路的大電流能力也十分重要。ATtiny43U的升壓調節器具有高達30mA的電流驅動能力，能夠直接控制高亮LED和小型電機。由于該調節器是MCU的一個集成部分，所以可針對架構進行優化，最大限度提高效率。例如，圖2就顯示了ATtiny43U對基于剩余電荷的特定負載電流的轉換效率。

圖2. 一個集成式升壓調節器針對其MCU架構而優化，使不同負載和電源電壓下的轉換效率最大化。由于無需外部調節器，集成式調節器還能減小板上空間要求，降低總體系統成本。

如圖所示，相比電流較小的工作，大電流工作的效率更低。不過，大部分大電流應用并不需要在大電流模式下連續工作。譬如，電動牙刷或相機只是偶爾才啟動電機工作。如果其架構被鎖定在大電流模式，即使在只需要很小耗電量的情況下，這些設備的工作效率也很低；這就是說，調節器將以大電流工作條件下的低效率特性來提供低電流。

要維持效率的話，MCU便必須能夠支持多種工作模式。于是，當設備需要大電流和嚴格調節的Vcc時，MCU和調節器便會在調節模式(Regulated Mode)下工作。另一方面，當電機或其它外設閑置，且負載電流降至0.6mA以下時，調節器則自動切換到低電流模式(Low Current Mode)，更有效地調節功耗。