MCXA153 MCU的低功耗特性及優(yōu)化設(shè)計

全新的MCX A系列融合了恩智浦通用MCU的特點(diǎn)，適用更為廣泛的通用應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了低成本，低功耗，高安全性和高可靠性。MCXA153是MCX A系列的第一款產(chǎn)品，已于2024年1月份上市，為低成本入門MCU應(yīng)用提供了豐富的功能和特性。后續(xù)MCX A系列還會繼續(xù)推出新產(chǎn)品，為客戶提供持續(xù)的硬件和軟件的可擴(kuò)展升級路徑。

MCXA153的低功耗特性

低功耗是當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計的一大熱點(diǎn)，MCXA系列集成了高效的供電架構(gòu)和豐富靈活的功耗模式，來滿足低功耗產(chǎn)品設(shè)計要求。作為MCXA系列首款產(chǎn)品，MCXA153實(shí)現(xiàn)了59 uA/Hz的動態(tài)功耗，6.5 uA的系統(tǒng)掉電并且RAM保持?jǐn)?shù)據(jù)的靜態(tài)功耗，低至394 nA 深度掉電功耗。今天，我們一起來了解一下MCX A的低功耗設(shè)計。

為了實(shí)現(xiàn)出色的低功耗性能，MCXA提供了獨(dú)立電源域(Power Domain)以及五種功耗模式(Power Mode)：運(yùn)行(Active)，睡眠(Sleep)，深度睡眠(Deep Sleep)，掉電(Power Down)和深度掉電(Deep Power Down)。MCXA將供電系統(tǒng)細(xì)分為各個可獨(dú)立控制的電源域，其目的是可以提供不同的電壓，并且在不同的功耗模式下，用戶可以靈活選擇供電或者掉電，進(jìn)一步降低功耗。

比如內(nèi)核電源域(Core Domain)控制了數(shù)字邏輯電路的電源，包含了Core相關(guān)和MCU大部分的數(shù)字模塊。在運(yùn)行功耗模式下，內(nèi)核電源域有兩種電壓可選，標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動SD模式，內(nèi)核電源域電壓是1.1 V；中等驅(qū)動MD模式，內(nèi)核電源域電壓是1.0 V; 在掉電功耗模式下，內(nèi)核電源域電壓可以設(shè)置為保留電壓(約0.6V)，從而達(dá)到更低的功耗。用戶可以根據(jù)不同的功耗模式，不同的內(nèi)核運(yùn)行頻率，來調(diào)整內(nèi)核電源域的電壓。比如用戶想讓MCU跑在96MHz，那么Core的電壓需要調(diào)整為1.1V。但如果用戶的應(yīng)用可以接受更低的運(yùn)行頻率，即使是短暫運(yùn)行時間，用戶可以降低Core的供電電壓，從而降低MCU整體功耗。

系統(tǒng)電源域(System Domain)，由VDD引腳直接供電。系統(tǒng)電源域中的主要模塊包括SPC系統(tǒng)電源控制，HVD/LVD 過高電壓和過低電壓檢測，低功耗模式喚醒和低功耗定時器。這樣，在MCU低功耗模式例如深度掉電模式下，內(nèi)核電源域已掉電，即MCU的大部分?jǐn)?shù)字邏輯電路掉電，以節(jié)約能耗，而系統(tǒng)電源域能保持供電，處于系統(tǒng)電源域的FRO16K仍然可以工作提供異步時鐘，低功耗定時器等外設(shè)可以工作。這樣獨(dú)立設(shè)置的電源域提供了靈活的低功耗設(shè)置，來滿足不同低功耗應(yīng)用設(shè)計的要求。

MCXA153的電源域和功耗模式

ON：該模塊會在指定的功耗模式下啟用

OFF：該模塊會在指定的功耗模式下掉電，信息丟失

Static: 該模塊在指定的功耗模式下禁用，但信息保持

LP：該模塊會在指定的功耗模式下啟用，使用異步時鐘且運(yùn)行頻率受限

ON/Static：該模塊在指定的功耗模式下是可配置的，用戶可以配置為啟用

MCXA153的低功耗優(yōu)化設(shè)計

用戶可以利用MCXA低功耗特性，優(yōu)化產(chǎn)品整體功耗，設(shè)計出色的低功耗產(chǎn)品。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，可以從以下幾方面進(jìn)行低功耗優(yōu)化。

首先是盡量使用MCXA的低功耗模式。用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，盡量使用更低功耗的模式，降低系統(tǒng)靜態(tài)功耗。即便MCU需要處于運(yùn)行模式下，也根據(jù)實(shí)際情況，利用MCXA可配置電壓特性，降低內(nèi)核運(yùn)行頻率，從而優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)功耗。當(dāng)MCU處于掉電模式下，將內(nèi)核電源域電壓設(shè)置為保留電壓，可以保留寄存器狀態(tài)的同時，降低MCU整體功耗。

其次是充分利用MCXA的低功耗外設(shè)模塊。MCXA支持異步DMA，低功耗UART/I2C/SPI，低功耗比較器等外設(shè)?？梢栽陉P(guān)閉內(nèi)核電源域（禁用內(nèi)核）的功耗模式下，使用低功耗外設(shè)，觸發(fā)異步DMA，減少喚醒內(nèi)核，來優(yōu)化系統(tǒng)功耗。

另外是配置合適的時鐘。用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求來選擇合適的內(nèi)核和外設(shè)時鐘頻率以及時鐘源，同時可以關(guān)閉未使用的時鐘源來節(jié)省功耗。在配置外設(shè)時鐘時，還可以通過使能自動時鐘選通來降低功耗。

此外還可以對內(nèi)存的配置進(jìn)行優(yōu)化。在運(yùn)行和睡眠模式下，通過配置FLAHHCR寄存器可以使flash進(jìn)入低功耗模式，通過配置RAM_CTRL寄存器可以使能RAM的自動時鐘選通功能。在深度睡眠模式下，可以配置不同的RAM區(qū)域掉電來降低功耗。

最后是優(yōu)化IO引腳的配置。在低功耗測試中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)IO引腳的漏電流導(dǎo)致異常功耗。需要注意復(fù)位引腳，調(diào)試引腳，UART串口引腳和I2C引腳的上拉電阻。對于未使用的IO引腳，盡量接地并保持默認(rèn)高阻態(tài)配置。

今天為大家介紹了MCX A153的低功耗特性以及優(yōu)化建議，后續(xù)會有更多的特性介紹，幫助大家對MCX A系列有個快速而全面的了解，敬請期待！