全新的SimpleLink超低功耗平臺解決方案

全新的SimpleLink? CC26xx/CC13xx超低功耗平臺適用于Bluetooth? Smart、6LoWPAN、ZigBee?、頻率不到1GHz的ZigBee RF4CE?，在打造和設(shè)計時充分考慮到了低功耗。確保我們的解決方案能量消耗盡可能降低，從而支持更長的電池壽命、型號更小的電池乃至適合無電池應(yīng)用的能量收集功能 —— 我們已察看了對實現(xiàn)這些目標(biāo)而言至關(guān)重要的方方面面。

應(yīng)用

與流行看法相反的是，無線電收發(fā)器本身很難成為無線微控制器（MCU）整體功耗的主要影響因素。由于各種技術(shù)都在進步，因此即使在較小的傳感器中對計算能力的需求也越來越多；隨著標(biāo)準(zhǔn)的演變，無線協(xié)議棧會帶來更大的開銷。

在SimpleLink CC26xx產(chǎn)品系列中，有兩種非常節(jié)能的MCU可提供給應(yīng)用。

ARM? Cortex?-M3

ARM Cortex-M3是CC26xx器件內(nèi)部的主系統(tǒng)中央處理器（CPU）。一種測定MCU性能的方法是使用基準(zhǔn)工具。比較流行的基準(zhǔn)之一是來自嵌入式微處理器基準(zhǔn)協(xié)會（EEMBC）的CoreMark。CoreMark是一種簡單卻絕對尖端的基準(zhǔn)，其設(shè)計目的是測試嵌入式設(shè)備中所用處理器內(nèi)核的效率。它不依賴于系統(tǒng)，因此無論用什么平臺（例如降序/升序、高端或低端處理器等），它的功能都是相同的。該基準(zhǔn)還展示了MCU內(nèi)核的能效。

表1：CC26xx的不同CoreMark得分（電壓為3.0V、頻率為48MHz時在CC2650-7ID上測定）

表1中的得分能讓有效使用過程中的平均功耗非常低。以最高速度（此時頻率為48MHz）運行ARM Cortex-M3時，該CPU運行消耗的電流小于3mA，優(yōu)于任何在低效內(nèi)核或較低位CPU時鐘內(nèi)運行的無線MCU。較之具有類似MCU的任何競爭產(chǎn)品，CC26xx CoreMark的電源效率（CoreMark/ mA）都是最佳的，這使它成為現(xiàn)今可提供的最節(jié)能微控制器。

傳感器控制器

獨特的超低功耗傳感器控制器是一個與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、模擬比較器、SPI/I2C及電容式觸控板等外設(shè)相耦合的16位CPU。其設(shè)計目的是當(dāng)系統(tǒng)的其它部分處于待機狀態(tài)時可自主運行。該傳感器控制器允許以功耗非常低的方式用接口與外部模擬或數(shù)字傳感器連接。

圖1：當(dāng)系統(tǒng)的其它部分處于待機狀態(tài)時，該超低功耗傳感器控制器引擎可自主運行

很多時候，喚醒整個系統(tǒng)來執(zhí)行次要任務(wù)是不節(jié)能的，因為這會帶來大量開銷。在許多用例中均有需要按一定時間間隔運行的任務(wù)，它們的占空比較之實際射頻（RF）或主要活動的占空比更大。

需每秒使ADC運行10次以準(zhǔn)確獲得心率的心率監(jiān)測器可作為一個例子。在這個實例中，喚醒整個系統(tǒng)來執(zhí)行每秒10次的無線傳輸任務(wù)是很不節(jié)能的。使用SimpleLink超低功耗CC26xx平臺，每當(dāng)進行第10次ADC采樣時，人們都可讓該傳感器控制器執(zhí)行所有的ADC測量任務(wù)并喚醒ARM Cortex-M3，以便對該數(shù)據(jù)作進一步的可選處理和分組RF傳輸。

圖2：該傳感器控制器可顯著降低平均功耗

在這個例子中，該傳感器控制器能以小于3uA的平均電流消耗每秒執(zhí)行10次ADC讀取任務(wù)。用ARM Cortex-M3執(zhí)行相同的任務(wù)將需要10倍的功耗。

表2：該傳感器控制器在主時鐘內(nèi)運行時的能效

該傳感器控制器可直接靠預(yù)分頻（24MHz）的時鐘運行，這使它能收集數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)進行簡單的處理。

無線電器件

傳統(tǒng)上，由無線解決方案的高發(fā)送和接收電流引起的峰值消耗會對可能使用的電池產(chǎn)生限制或顯著縮短電池壽命。因為CC26xx的峰值電流非常低，僅為6mA左右（0dBm的輸出），所以這再也不會對傳統(tǒng)的CR2032電池產(chǎn)生任何限制，甚至允許使用型號更小的電池。從平均功耗的視角看，無線電器件不再是功耗的主要影響因素，人們對它的擔(dān)憂減少了，因此再也沒必要放棄輸出功率來降低峰值功耗了。

睡眠和關(guān)機

在任何電池供電型應(yīng)用中，射頻（接收/發(fā)送）占空比及其參數(shù)均可決定電池壽命。在傳輸之間，使待機電流能有多低就有多低以便電池中有足夠的電來供有效使用至關(guān)重要。CC26xx采用超低泄漏的靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM），該SRAM可被存滿（20KB），另外還能在待機時讓實時時鐘（RTC）運行，并使寄存器和CPU的狀態(tài)被保持，消耗的電流卻低至1uA。在關(guān)機時，CC26xx可通過外部輸入輸出（IO）事件來喚醒，同時汲取的電流低至150nA。

CR2032的保質(zhì)期正在延長，一些供應(yīng)商現(xiàn)在聲明電池壽命可長達10年。從220mAh的CR2032汲取的平均系統(tǒng)電流必須低于2.5uA，以達到10年的壽命【2】。如果一個系統(tǒng)的基極電流大于此，用戶就不能讓電池達到最長的潛在壽命，無論用戶實現(xiàn)的有效占空比有多小。

平均電流如何影響電池壽命

電池使用壽命主要與平均功耗有關(guān)。這將在很大程度上取決于用例，但現(xiàn)在有一種來自EEMBC的可用基準(zhǔn)，被稱為ULPBench? —— 該基準(zhǔn)可對產(chǎn)品說明書參數(shù)進行規(guī)范，并可提供一套方法以便公正可靠地測定MCU能效。ULPBench使用跨8位、16位和32位微控制器的一系列便攜式通用工作負(fù)載，能采用MCU低功耗模式同時聚焦利用集成硬件功能的實際應(yīng)用。最后，它還可分析有效條件和低功耗條件【3】的影響。

圖3：CC26xx與競爭產(chǎn)品的ULPBench得分

查看平均電流的另一種常見方法是觀察一項給定技術(shù)的具體用例。對Bluetooth Smart而言，一種方法是指出平均電流，同時在給定的時間間隔內(nèi)保持兩個設(shè)備之間的連接。

表3：CC26xx的平均得分（電壓為3.0V時在CC2650-7ID上測定）

當(dāng)查看無線事件的功率分布圖時，所有已討論過的內(nèi)容都會顯現(xiàn)出來。圖4展示了具有喚醒、軟件棧預(yù)處理、無線電事件（接收和發(fā)送）及后期處理/回到睡眠階段功能的Bluetooth Smart的連接事件。

圖4：Bluetooth Smart連接事件的功率分布圖