摘要: 低功耗要求是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍提出的要求，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性有著重要意義。首先分析了單片機(jī)功耗的主要來源，然后研究了Infineon TLE7810單片機(jī)的低功耗設(shè)計(jì)方案，最后以電動(dòng)車窗控制器為例介功率電感器紹了TLE7810低功耗設(shè)計(jì)方案的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 低功耗；TLE7810；單片機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片
LowPower Design Based on TLE7810 SBC
Wu Zhihong, Zhu Miao, Zhu Yuan
(InfineonTongji Microcontroller and Embedded Systems Lab, SinoGerman College of Tongji University, Shanghai 200092, China)
Abstract： Lowpower requirements are common for embedded system design and 功率電感器are of significance to system reliability and stability. The main source of microcontroller power consumption is analyzed, then the lowpower design of Infineon TLE7810 is studied , and finally power window lift is introduced as its specific application.
Key words: lowpower；TLE7810；microcontroller；embedded system；system basis chip
引言
近幾年來，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到汽車工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、手持通信設(shè)備、國(guó)防軍事、消費(fèi)電子和自動(dòng)化控制等各個(gè)領(lǐng)域[1]。同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功耗問題也正受到普遍的關(guān)注。嵌入式系統(tǒng)一般是由電池來供電的，系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，常用電感器不僅能夠延長(zhǎng)電池的壽命，而且可以降低系統(tǒng)的熱耗，對(duì)提高可靠性與穩(wěn)定性有著重要意義。在這種應(yīng)用背景下，Infineon、Freescale、Atmel、TI等知名單片機(jī)生產(chǎn)廠家紛紛推出功能強(qiáng)大的低功耗單片機(jī)。
1 單片機(jī)功耗的來源
單片機(jī)是一種集成度較高的芯片。通常，集成電路的功耗分為靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗2部分。靜態(tài)是指“0”和“1”的恒定狀態(tài)，當(dāng)電路沒有狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功耗為靜態(tài)功耗；動(dòng)態(tài)是指“0”和“1“的跳變狀態(tài)，當(dāng)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功耗為動(dòng)態(tài)功耗[2]。
目前絕大多數(shù)的單片機(jī)都采用CMOS工藝。CMOS電路為電壓控制型，一般情況下靜態(tài)功耗極小。它的動(dòng)態(tài)功耗由瞬時(shí)導(dǎo)通功耗和電容充放電功耗2部分組成[2]。在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，開關(guān)電路不斷地由“1”變“0”，由“0”變“1”，內(nèi)部電容不停地充放電，要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路快速關(guān)斷和電容的快速充放電，需要比較大的動(dòng)態(tài)電流[3]。因此CMOS的動(dòng)態(tài)功耗要遠(yuǎn)大于靜態(tài)功耗，是單片機(jī)功耗的主要來源。動(dòng)態(tài)功耗主要受工作頻率和工作電壓的影響。
通過對(duì)單片機(jī)功耗來源的分析，可得出結(jié)論：要降低單片機(jī)系統(tǒng)的功耗，可以采取降低工作頻率、降低工作電壓和盡可能使電路處于靜態(tài)的方法。事實(shí)上，現(xiàn)有的低功耗單片機(jī)也都提供了靈活的時(shí)鐘方案、電源管理方案，以及低功耗工作模式，在硬件上為降低工作頻率、降低工作工字電感電壓和使電路處于靜態(tài)工作狀態(tài)提供了可能。
2 TLE7810簡(jiǎn)介
TLE7810是Infineon公司推出的一款高集成度低成本智能功率芯片，主要應(yīng)用于汽車工業(yè)。其功能模塊圖如圖1所示。它集成了1個(gè)支持片上調(diào)試功能并且與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)兼容的8位微控制器XC866，以及1個(gè)SBC（System Basis Chip，系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片）。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足汽車工業(yè)盡乎苛刻的應(yīng)用條件。同其他廠家的微控制器類似，Infineon XC866也提供了靈活的時(shí)鐘方案、電源管理方案和低功耗工作模式，本文對(duì)這些功能就不再多做介紹，而是著重介紹TLE7810特有的SBC的低功耗設(shè)計(jì)方案。
圖1 TLE7810功能模塊圖[4]
從圖1中可以看出，SBC配備1個(gè)LIN收發(fā)器、1個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器、2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)繼電器的低邊開關(guān)、1個(gè)用于驅(qū)動(dòng)LED的高邊開關(guān)、1個(gè)霍爾傳感器電源、5個(gè)喚醒輸入，以及1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的16位SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）接口等。通過SPI接口，XC8模壓電感器66可以發(fā)送1個(gè)16位的命令來控制SBC的運(yùn)行， SBC同時(shí)向XC866回復(fù)1個(gè)16位的數(shù)據(jù)，指示SBC當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。
3 SBC的低功耗設(shè)計(jì)方案
3.1 SBC集成的外設(shè)
SBC不僅將多個(gè)外設(shè)集成到1個(gè)芯片內(nèi)部，而且可以通過SPI接口控制這些外設(shè)的打開與關(guān)閉，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，可以靈活地控制這些外設(shè)，以達(dá)到降低功耗的目的。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
