Energy Micro超低功耗设计延长“能源敏感应用”的使用寿命

“能源敏感应用”的配置不断增加，它是指设备必须 – 因为各种原因 – 用一个单一电池长时间运作。通常包括的应用有能源计量、传感器网络或环境监测的其它形式，在这些应用中设备的占空比很低，因此希望运行多年而不会受到用户干预。

许多这些设备将使用流行的CR2032纽扣电池；一种3V的锂/二氧化锰原电池。与5.6kΩ负载的2V终点电压一样，这些纽扣电池的典型容量为230mAh，相当于约0.5毫安的放电，这使它们的寿命长达400小时。但是，这种纽扣电池设计具有约为0.25μA的自放电率，这意味着它的保质期会长达20年。 在这两个极端之间的就是能源敏感的应用；它在低电压下运行的设备中电流消耗最小， 还提供可靠、可持续的功能。因此，很明显，任何希望用一个单纽扣电池就实现类似主动寿命的应用都需要能够将平均需求量维持在约0.25μA。

寿命需要之所以要如此长是因为它所涉及到的应用领域。在通常情形下，这种新兴设备类别针对的是消费者，其零售价格支持不了电池更换。它也可能是指那些无法访问区域的配置，必须在没有额外电源的情况下可靠地运行多年。重要的是，这是一个发展中的应用领域，很需要非常低功率的综合解决方案。

图1.人们期望新一代的煤气、电和水计量产品能定期报告其读数给计费和资源管理人员，同时在二十年里其运行无人看管。

历史上这些应用都包括一个低功耗微控制器, 任务是提供一切所需的计算能力，同时也负责管理自己的睡眠周期，以节省电力。 微控制器的晶体管数量通常很小，它们的设计最大限度地减少了主动功耗和被动泄漏 – 十分重视超低功耗设计，过程特别像节点收缩。在这些应用中的微控制器将在睡眠模式下花掉尽可能多的时间，对简单充电，不定期做测量的设备来说, 要花掉99.9％的时间并不少见。

因此，这种方法主要集中于降低在那些睡眠时间内保存的电量，在它们能做到的电力保存方面的技术已经陷入僵局。

人们从根本上质疑这种做法，因为它能实现的主动功耗很有限，其基础是每个时钟周期要求的电源产品和完成处理任务所需的时钟周期数。

随着人们对正常运行时间的要求变得更长了，该行业正在从整体上看待问题，考虑能源如何才能不仅用于睡眠模式，而且用于每个操作模式。量身订做的开发解决方案更加接近这些消耗资源的应用，使产品的开发能用一个单一的原电池运行10年，15年，甚至20年。

图2.纽扣电池一生中的电荷量很有限。设计者必须在MCU运作的各个阶段尽量减少电流和时间产品 - 不仅是每个微安计数，而且对每个动作的每微秒也是如此。