改善電池效率的潛在好處

    Atmel(R) 的 picoPower(TM) 技術Atmel(R) 的 picoPower(TM) 技術能使“節(jié)能”的電耗降低到僅有650nA，即使是在 32 kHz 時鐘和欠壓探測 (Brown-out-detection) 的運行情況下也是如此。這是業(yè)界同類產品的工作電流。

     典型的筆記本電腦包含一個3串2并(3S2P)電池組，提供大約50W·h的電力，換算成電池壽命（一般應用情況下）就是4小時。大約10%～15%所損耗的功率是穩(wěn)壓器效率不高帶來的直接結果（參看）。所以，實際上有很大余地來改善電源管理，提高穩(wěn)壓器效率，減少在負載點的功率損耗。

  一般模式和TDP模式的功率需求

     處理器每多消耗30%的有源功率，就接續(xù)產生3倍的漏電（見）。因此，系統(tǒng)設計師必須使用的休眠模式來降低工作電壓，減少漏電。這種方法已經和處理器核成功配合使用好幾年了，現(xiàn)在也在和其他的系統(tǒng)負載一起使用，如圖形處理器。

  有源功率和漏電功率的消耗

    設計者也正在采取雙核處理器來降低電源消耗。雙核處理器在更低的電壓和工作頻率下可以達到同樣的性能，原因是兩個處理器在共同處理工作負載。

    在系統(tǒng)其他地方，功耗也在下降。例如，LCD背光源的平均功耗就從5W降到了3W。節(jié)省能源將是一個持續(xù)趨勢，工程師們在想盡各種辦法來延長電池壽命。

     Atmel AVR 營銷經理 Asmund Saetre 表示：“對于眾多應用產品來說，長達幾年的電池壽命將是一個必須的要求。人們并不真的喜歡更換他們汽車鑰匙或者家里 HVAC 系統(tǒng)中的電池。電池使用壽命非常重要，甚至已經成為 ZigBee 規(guī)范的一部分。ZigBee 終端產品的電池壽命至少必須達到2年，否則就不會通過。”

     Saetre 總結說：“我們?yōu)橹_發(fā) picoPower 的系統(tǒng)有著一個共同的屬性。它們大多時間內都處于待機狀態(tài)，但是即使是在睡眠模式下它們都會耗電。盡管節(jié)省幾個毫微安的電力看起來沒有什么大不了的，但是對于在大多數(shù)時間內都處于不活躍狀態(tài)的系統(tǒng)來說，睡眠模式下功耗的一點點改善都能使終端產品的電池壽命延長幾年。Atmel 一直致力于消除或者顯著降低振蕩器、欠壓檢測器、輸入/輸出針腳漏電之類的功耗，從而向市場提供功耗的微控制器。”

    Atmel 的 picoPower 技術采用了眾多創(chuàng)新的技術，這些技術能夠消除在斷電狀態(tài)下不必要的功耗。其中包括一個超低功耗 32KHz 晶體振蕩器、睡眠模式下自動終止和重新激活欠壓檢測電路的工作、能夠完全停止對個別外圍設備的電力供應的省電寄存器 (power reduction register, PRR) 以及能夠切斷對特定針腳的數(shù)字輸入的數(shù)字輸入中斷寄存器。

    300 nA 32kHz實時時鐘 (RTC)。許多系統(tǒng)即使是在斷電的情況下也要明確時間。Atmel 已經優(yōu)化了它的 32KHz 晶體振蕩器，從而使帶有一個實時時鐘的設備的總電耗降低到 650 nA。

    帶有睡眠模式的 uS Accurate 欠壓檢測器。欠壓檢測器探測的是何時電力供應低于設備正常工作所要求的值，一旦探測到這種情況就會啟動一個上電復位 (POR) 以保護重要數(shù)據(jù)。如果沒有這種保護，一旦停電，就會對這種控制器造成災難性的損害，使之無法工作。欠壓檢測器的準確性直接與其所耗費的電流成比例。低電壓或無電壓情況下欠壓檢測器就會反應又慢又不準確，而更準確更快的欠壓檢測器往往會耗費更多的電。由于欠壓檢測器通常處于睡眠狀態(tài)，它們能在很大程度上影響電池的壽命。因此，大多數(shù)超低功耗微控制器廠商都會通過犧牲準確性和速度來降低電耗。 而 Atmel 采取的則是一種新的方法，即開發(fā)出一種欠壓檢測器，這種檢測器有著足夠大的電流，從而能夠在1.8伏特、2.7伏特和4.5伏特的條件下，在2微秒的反應時間內提供準確的探測。電力的節(jié)省是通過在睡眠狀態(tài)下自動使欠壓檢測器停止工作，并且在控制器被喚醒時（在執(zhí)行任何指令前）激活欠壓檢測器來實現(xiàn)的。這種方法可以通過明顯更少的電力消耗來提供更佳的保護。

    數(shù)字輸入中斷寄存器。針腳數(shù)量較少的微控制器常常將模擬數(shù)字轉換器與數(shù)字 IO 集中在相同的針腳上。這會導致電流通過數(shù)字 IO 緩沖器漏泄。Atmel 已憑借專用輸入中斷寄存器 (DIDR) 解決了這一問題，該設備可通過軟件將數(shù)字緩沖器從用于模擬數(shù)字轉換器讀數(shù)的輸入設備中斷開。

    省電寄存器。picoPower AVR 微控制器上的省電寄存器 (PRR) 包含有能夠完全阻止時鐘分配至未使用的外設模塊的控制位。這種省電寄存器由能使用戶隨時打開和關閉外設模塊的軟件控制。當外設模塊被省電寄存器斷開時，供電停止，所有的 I/O 寄存器均無法訪問。重新激活后，外設模塊會回復到斷開以前的狀態(tài)。斷開外設模塊的電耗比激活模式下減少5-10%，比待機模式下減少10-20%。

     時鐘門控 (clock gating) 技術。Atmel 還實現(xiàn)了可動態(tài)配置的時鐘門控技術，該技術能夠凍結電路某些部分中不需要的時鐘。一旦再激活，模塊啟動后的狀態(tài)一如從前。時鐘門控還能夠用于減少噪音并在需要更高分辨率數(shù)據(jù)的場合改善模擬數(shù)字轉換器的性能。

     低時鐘頻率閃存采樣 (Flash Sampling)。常規(guī)微控制器在工作模式時閃存處于通電狀態(tài)，從而造成了幾赫茲或更少的低操作頻率下不必要的靜態(tài)功率消耗。AVR 微控制器采用一種叫做閃存采樣的技術，該技術使閃存能夠在幾納秒的時間內對數(shù)組的內容進行采樣，然后立即停止其功能，從而顯著減少電流泄漏。

效率：在什么工作條件下測試

    在典型的筆記本電腦里，穩(wěn)壓器工作在一個封閉的環(huán)境里，溫度在45～  50℃，空氣不流通。然而，穩(wěn)壓器測試時是在室溫條件下，并且是開放的環(huán)境。所以，這兩種環(huán)境的差異需要考慮進去。

     設計者還必須決定系統(tǒng)工作在什么電壓和電流條件下。典型的筆記本電腦適配器輸出電壓為19V，而典型的處理器穩(wěn)壓器在1.25V時輸出電流可達45A。在這些典型應用條件下，功耗時的差熱耗條件可以估計出來，但是對評估系統(tǒng)的潛在電池壽命并不提供多少幫助。筆記本電腦設計者必須考慮所有工作條件下的效率（見）。為延長電池壽命，單個電池單元的輸入電壓是3.3～3.7V。在3串2并的電池組里，對應的電壓在9.9～11.1V，在絕大多數(shù)放電周期里電池組輸出電壓基本保持不變。電池組效率應該在滿負荷情況下測試，因為這是穩(wěn)壓器通常工作的狀態(tài)。穩(wěn)壓器效率測試也應該包括休眠模式時的電壓和電流水平，這樣可以使設計者對系統(tǒng)內器件的靜態(tài)性能有一個更好的了解。

  工作條件下的電源效率

    為優(yōu)化高負荷以及低負荷效率，工程師還應該分析典型的使用模式。受熱耗目標的驅使，設計師過去的做法是在滿負荷時優(yōu)化效率，但是卻犧牲了電池壽命。在中度功率水平的系統(tǒng)內，可能在相對低功率水平時擁有峰值效率是適宜的。低負荷效率對系統(tǒng)電池壽命影響也很大。試想一下這種情形：典型的40W處理器90%是工作在0.5W之下。