可低至0.9V供電的微控制器樹立低功耗市場新標竿 @ Silicon Labs討論天地

隨著需求的增加以及在效能和功能方面要求的不斷提高，整個MCU行業不斷向低成本、低功耗、高整合度發展，並成為主流趨勢。MCU功耗在當今電池供電應用中也變得越來越舉足輕重，消費者要求產品有更長的電池使用壽命以及更便於攜帶，因此許多電池驅動的應用需要通過低電壓和低功率操作來獲得更長的電池使用壽命；而對許多小體積可攜式產品來說，更少的電池使用數量和更小的電池尺寸則是其最終訴求。

目前，大多數MCU晶片廠商都提供低功耗產品，但選擇一款最適合自己應用的產品並非易事。無線感測網路、煙霧警示器、可攜式醫療裝置、水表、遙控器、電腦週邊和可攜式音訊裝置等越來越多的電子產品需要長時間工作在休眠狀態，但它們一旦需要工作時，則需要迅速喚醒。這類應用對MCU的需求則是休眠時需要極低的電流，工作模式下需要動態電壓控制，喚醒時則回應時間要快。

針對超低功耗市場應用需求，Silicon Labs率先推出了新一代超低功耗8位元MCU C8051F9xx系列，F9xx系列產品通過整合DC/DC或LDO降低休眠功耗，使得工作電壓低至0.9V，從而使可攜式產品首次能從一顆電池取得所需電源。Silicon Labs公司副總裁暨總經理Derrell Coker表示：“F9xx系列產品是我們完全從零開始設計的，特別針對超低功耗的應用，0.9V的操作電壓可望開創業界之最。”

C8051F9xx採用最小僅4×4毫米的封裝，除了延續上一代產品整合高精度ADC、SmaRTClock計時模組和大容量Flash ROM等特點外，最大的特點在於分別整合了LDO和DC/DC，在雙電源模式採用LDO，單電源模式採用DC/DC，進而在兩種模式下都能高效率的提供1.7V微控制器核心電源。即使操作電壓低至0.9V，該MCU也能照常工作，這使得可攜式產品首次能從一顆電池取得所需電源。

由於整合了升壓DC/DC，F9xx系列產品能達到的工作電壓其實可以更低，只是因為普通電池電壓低到0.9V時已經基本上將電能耗盡，所以最低電壓選擇了0.9V。Silicon Labs微控制器產品行銷經理Gary Franzosa舉例說，在單電池電源模式採用升壓DC/DC，效率可以達到80%～90%，同時還能給外部裝置提供1.8～3.3V的可程式輸出電壓；在雙電池串聯模式時，之所以選擇LDO而沒有選擇效率更高的降壓型DC/DC，是因為根據電池放電曲線，兩節串聯電池的電壓在使用過程中很快就降到2.8V以下，同時該MCU核心具備170uA/MHz的工作電流，極低的壓差加上極低的工作電流，使得採用LDO降壓同樣能達到高效率。

圖1：F9xx系列產品雙電源模式內含LDO穩壓器可提供1.7V固定輸出電壓

與採用普通微控制器再加上升壓DC/DC的雙晶片方案相比，單電池供電顯然具有更多優勢。雙晶片方案的缺點是非常明顯，如電路板面積大，成本較高(通常約為1.00-3.00美元左右)，同時無法提供休眠模式，因為DC/DC轉換器的操作不能間斷，且總電源效率較低。C8051F9xx系列創新的設計能將電力消耗減到最少，若採用2顆並聯的4號電池做電源，使用時間可以達到普通方案採用2顆串聯4號電池的1.9倍；即使使用一顆4號電池，使用時間也能達到普通雙電池方案的0.95倍。另外，C8051F9xx無需外部電容，進而節省了電路板面積和材料成本。

圖2：C8051F9xx結構圖

由於功耗低、功能整合度高，F9xx系列產品用途非常廣泛，在消費電子、工業和醫療領域都可以勝任。在許多操作範圍從0.9V到3.6V的低耗電應用中，微控制器多數時間都在休眠模式，並會定時喚醒擷取資料。C8051F9xx利用創新的設計技術將典型休眠模式電流減少到50nA以下。這款微控制器可於2微秒內從低耗電休眠模式回到CPU處理速度高達25MIPS的正常操作模式，並立即開始測量類比數位轉換器的輸出，這能將微控制器執行測量和演算法的時間減到最少。

目前，8位元MCU的市場已經高達50億美元，而且還在穩定成長，特別是在低成本和低功耗領域中，8位元MCU依然獨當一面。Silicon Labs為眾多設計工程師提供最好的工具來協助設計和加速上市時間，如Silicon Labs的低成本專業開發套件就提供整合開發環境 (IDE)、目標板、線材和電源供應等所有組件，使工程師在完全沒有風險的情況下立刻就能展開系統設計。而Silicon Labs針對C8051F9xx系列產品的免費提供的應用方案已經有近十種之多，工程師可以輕鬆的完成各種系統的設計；同時Silicon Labs還與益登科技等分銷商合作，保證了貨源供應的穩定。未來Silicon Labs將繼續深耕8位元MCU領域，將繼續推出整合度更高、性價比更佳的產品。