Atmel通过新型picoPower AVR微控制器延长电池寿命

Atmel(R)Corporation日前宣布率先推出两款整合了一种节能技术的AVR(R)微控制器。关于大部分时间都处于睡眠模式的照明控制、无钥匙门控、ZigBee(TM)以及其他应用产品来说，这种节能技术能使电池使用寿命达到数年之久。Atmel(R)的picopower(TM)技术能使“节能”的电耗降低到仅有650nA，即使是在32kHz时钟和高级欠压探测(Brown-out-detection)的运行情况下也是如此。这是业界同类产品的最低工作电流。

新推出的两款picopower设备包括带有4x25SegmentLCD微控制器的ATmega169p以及ATmega165p通用型微控制器。这两款微控制器均有16KB的闪存(Flash)，512B的电可擦除只读存储器(EEpROM)和1KB的静态存储器(SRAM)。它们还配有一个模拟数字转换器(ADC)、通用同步/异步收发器(USART)、SpI和Two-WireInterface(双线接口)。它们能在1.8V至5.5V的条件下运行，输出速率高达16MIpS。在未来12个月内还会推出14个新的8位picopowerAVR微控制器。picopower微控制器在工作模式下的电流低至340uA，1MHz待机模式下为150uA，节能模式下为650nA，断电模式下为100nA。它们将会与现有的AVR微控制器实现针脚、性能和代码兼容。

AtmelAVR营销经理AsmundSaetre表示：“关于众多应用产品来说，长达几年的电池寿命将是一个必须的要求。人们并不真的喜欢更换他们汽车钥匙或者家里HVAC系统中的电池。电池使用寿命非常重要，甚至已经成为ZigBee规范的一部分。ZigBee终端产品的电池寿命至少必须达到2年，否则就不会通过认证。”

Saetre总结说：“我们为之开发picopower的系统有着一个共同的属性。它们大多时间内都处于待机状态，但是即使是在睡眠模式下它们都会耗电。尽管节省几个毫微安的电力看起来没有什么大不了的，但是关于在大多数时间内都处于不活跃状态的系统来说，睡眠模式下功耗的一点点改善都能使终端产品的电池寿命延长几年。Atmel一直致力于消除或者显著降低振荡器、欠压检测器、输入/输出针脚漏电之类的功耗，从而向市场供应功耗最低的微控制器。”

Atmel的picopower技术采用了众多创新的技术，这些技术能够消除在断电状态下不必要的功耗。其中包括一个超低功耗32KHz晶体振荡器、睡眠模式下自动终止和重新激活欠压检测电路的工作、能够完全停止对个别外围设备的电力供应的省电寄存器(powerreductionregister,pRR)以及能够切断对特定针脚的数字输入的数字输入中断寄存器。

300nA32kHz实时时钟(RTC)。许多系统即使是在断电的情况下也要明确时间。Atmel已经优化了它的32KHz晶体振荡器，从而使带有一个实时时钟的设备的总电耗降低到650nA。

带有睡眠模式的uSAccurate欠压检测器。欠压检测器探测的是何时电力供应低于设备正常工作所要求的最小值，一旦探测到这种情况就会启动一个上电复位(pOR)以保护重要数据。假如没有这种保护，一旦停电，就会对这种控制器造成灾难性的损害，使之无法工作。欠压检测器的准确性直接与其所耗费的电流成比例。低电压或无电压情况下欠压检测器就会反应又慢又不准确，而更准确更快的欠压检测器往往会耗费更多的电。由于欠压检测器通常处于睡眠状态，它们能在很大程度上影响电池的寿命。因此，大多数超低功耗微控制器厂商都会通过牺牲准确性和速度来降低电耗。

而Atmel采取的则是一种新的方法，即开发出一种欠压检测器，这种检测器有着足够大的电流，从而能够在1.8伏特、2.7伏特和4.5伏特的条件下，在2微秒的反应时间内供应准确的探测。电力的节省是通过在睡眠状态下自动使欠压检测器停止工作，并且在控制器被唤醒时(在执行任何指令前)激活欠压检测器来实现的。这种方法可以通过明显更少的电力消耗来供应更佳的保护。

数字输入中断寄存器。针脚数量较少的微控制器常常将模拟数字转换器与数字IO集中在相同的针脚上。这会导致电流通过数字IO缓冲器漏泄。Atmel已凭借专用输入中断寄存器(DIDR)解决了这一问题，该设备可通过软件将数字缓冲器从用于模拟数字转换器读数的输入设备中断开。

省电寄存器。picopowerAVR微控制器上的省电寄存器(pRR)包含有能够完全阻止时钟分配至未使用的外设模块的控制位。这种省电寄存器由能使用户随时打开和关闭外设模块的软件控制。当外设模块被省电寄存器断开时，供电停止，所有的I/O寄存器均无法访问。重新激活后，外设模块会回复到断开以前的状态。断开外设模块的电耗比激活模式下减少5-10%，比待机模式下减少10-20%。

时钟门控(clockgating)技术。Atmel还实现了可动态配置的时钟门控技术，该技术能够冻结电路某些部分中不要的时钟。一旦再激活，模块启动后的状态一如从前。时钟门控还能够用于减少噪音并在要更高分辨率数据的场合改善模拟数字转换器的性能。

低时钟频率闪存采样(FlashSampling)。常规微控制器在工作模式时闪存处于通电状态，从而造成了几赫兹或更少的低操作频率下不必要的静态功率消耗。AVR微控制器采用一种叫做闪存采样的技术，该技术使闪存能够在几纳秒的时间内对数组的内容进行采样，然后立即停止其功能，从而显著减少电流泄漏。