汽車MCU低功耗解決方案

孫濤　貢玉南

隨著汽車工業的發展，汽車上的電子控制系統數量呈指數增長。以ECU為核心的車載電子控制系統逐步取代了被動器件和機械系統，同時也完成了大多數測量、驅動和控制的功能。

由于新型車載電子控制系統在車輛應用中的增加，導致對電源負載以每年約100W的速度增加。當前所面臨的最大挑戰是在相同的電池電源條件下，找到新的方法來保證汽車電子設備的數量及功能的不斷增加。故在實際應用中需要MCU的功耗持續降低。

另外，數字電路的最大功耗和可靠性問題是密切相關的，例如，電遷移和熱載流子導致的器件老化。而且由于芯片散熱而引起的熱應力也是關系可靠性的主要問題之一。因此，減少功耗對提高芯片的可靠性也是至關重要的。

為了應對日趨增長的低功耗需求，飛思卡爾Qprivva系列32位MCU采用了專門的設計達到降低整體功耗的目的。除了改善的器件特性和更小的工藝尺寸，電路級和系統級的措施也在很大程度上降低了功耗。

飛思卡爾基于32位Power架構的Qoriwa系列MCU專門為嵌入式汽車應用而設計。這一系列MCU采用了多種低功耗設計達到降低動態功耗和靜態功耗的效果，主要包括：

·多種工作模式

·門控電源

·門控時鐘

多種工作模式

圖1所示為飛思卡爾QorivvaMPCS60xB系列的不同工作模式圖。

Qoriwa MPC560xB系列MCU包含了HALT，STOP和STANDBY 3種低功耗模式，用戶可以根據實際情況結合使用不同的工作模式。

HALT模式下，系統活動減少，內核時鐘關閉，鎖相環、flash存儲器、模數轉換器等模塊均可以關閉從而降低功耗，這一模式可以用于LIN低速發送接收等情況。

相比HALT模式，STOP模式可通過配置關閉絕大多數外設進一步降低MCU的功耗。該模式保留了整個MCU的供電，因此相比STANDBY模式擁有更短的恢復時間。STOP模式可配置關閉所有的時鐘源并保留當前狀態，在此模式下鎖相環一致處于關閉狀態，在退出STOP模式時，系統會使用高速內部時鐘直到指定的時鐘穩定。

STANDBY模式下內核停止，flash存儲器以及大多數外設均被關閉，芯片大部分電源被切斷，從而達到可能的最小功耗。此時MCU可以被外部的引腳、復位或者使用低功耗時鐘的周期性喚醒源所喚醒。表1列出了在室溫條件下Qorivva MPC5602B不同工作模式下的功耗。

門控電源

Qoriwa MCU內部被劃分為3個不同的電源域，不同的外設分別屬于不同的電源域。電源控制單元允許用戶在不同的模式下對某一個電源域供電或者斷電。在模式切換時，根據用戶的配置，有限狀態機負責開啟或者關閉各個電源域的供電從而保證狀態切換是平順且安全。例如：進入STANDBY模式將會切斷內核、大多數外設、時鐘等模塊的電源，因此可以節省最多的功耗。

門控時鐘

MCU的功耗與工作時鐘直接相關，這就意味著在單位時間內越多的門翻轉將會帶來越大的功耗。QorivvaMPC560xB系列MCU采用了多種方式降低門翻轉所帶來的動態功耗。包括：1.停止內核時鐘，在低功耗模式下，斷開內核的時鐘可以有效降低內核的功耗。2.外設時鐘分頻，對于一些不需要高速運行的外設，可以降低外設的時鐘從而降低動態功耗。3.斷開部分無需使用的外設時鐘，可以有效的降低由外設帶來的動態功耗。

總結

飛思卡爾Qorivva系列MCU除了采用更好特性的器件和更先進的工藝尺寸，還提供了應用層的低功耗解決方案，用戶可以通過結合使用不同的工作模式，降低系統功耗，應對低功耗挑戰。