最新工業應用微控制器（MCU）特性和重要設計注意事項

工業用可攜式裝置須同時兼具低功耗、高可靠度和高性能要求，因此設計人員在開發產品時，須選用支援低電壓操作與具備時脈監控功能的工規微控制器(MCU)，以延長可攜式產品電池使用壽命，同時避免因頻率不穩而造成性能降低的問題發生。

工業領域中的可攜式應用均要求低功耗、高可靠度和高性能。這類工業應用的例子包括條碼器、出貨數據記錄器、高速公路追蹤設備、降噪耳機、小型馬達控制以及電池充電器。

那么，設計人員如何應對這些挑戰?本文將介紹最新的工業應用微控制器(MCU)特性和設計注意事項，以協助設計人員應對上述要求。

使微控制器在盡可能長的時間內保持最低功耗是維持電池壽命的主要目標。運行速度快、喚醒時間短也就意味著平均功耗低(圖1)。微控制器在高功率狀態下完成工作的速度越快，保持低功耗狀態的時間就越長。

MCU電流消耗與時間曲線

支援低電壓工作　微控制器省電性能更出色

但是，要延長電池壽命，降低功耗只完成一半，還應充分利用電池。為此，裼媚苤г低電壓工作的微控制器是非常重要的。圖2顯示勁量(Energizer) 提供的鹼性電池和鈕扣式鋰電池在典型數據記錄器中的使用壽命。此應用大多數時間處于低功耗狀態，偶爾喚醒以處理資訊。鹼性AAAA電池的建議保存期為5 年。可以看到，鹼性電池和鋰電池均從低工作電壓中受益。在此例中，以1.8伏特(V)工作的微控制器與等效的2伏特微控制器相比，1.8伏特的微控制器會額外增加6個月的電池壽命，這也顯示出低電壓微控制器在可攜式應用上的優點。

數據記錄器電池性能例

時脈監視器提升MCU可靠度

設計高性能和穩定的工業應用的另一注意事項是微控制器的振蕩器(Oscillator)特性，其重要性經常被低估。振蕩器特性會影響許多方面，包括性能、系統成本、可制造性和可靠性。

新型微控制器以更高的速度工作，并且能夠在沒有外部時脈源的情況下使內部時脈全速運行，內部時脈也可提供多種時脈頻率的選擇。這樣軟體可以隨著電壓下降而切換到較低頻率，以保持在工作規范范圍內，或者在連接外部電源后提高速度。

制造過程中另一個常見挑戰是石英晶體振蕩器有時不能產生可靠的起振或起振時間過長。造成這問題的常見原因有元件品質變化、助焊劑殘留和布線疏忽。選擇高品質石英晶體振蕩器以及實施布線和測試技術(如負電阻測試)可以避免很多問題，這些技術可從石英晶體振U器和微控制器制造商處獲取。此外，對低頻電路的可配置偏壓亦可解決上述問題。此舉將允許增加偏壓，以確保在各種條件下石英晶體振蕩器均能可靠起振，或者減少偏壓以降低功耗。這些額外的努力將幫助制造商避免類似棘手問題。