我们已经进入了这样一个时代，即开始期望和要求电池供电设备实现更多的功能。我的第一台PDA的电池仅工作了一天，而且如果还启动了时间提示功能，那么电池能量将会很快耗尽。今天，在相同的条件下，我的PDA能够工作一周。这两款PDA用的都是相同容量的锂离子电池，那么是什么使情况发生了改变呢？答案很简单，电路硬件在改进，电源管理技术在提高。相比之下，电池技术的进步反而是次要的。

　　PDA是系统复杂性迅速增加的一个好例子，正如它们的命运显示的那样，尽管电池性能几乎没有什么进步，但对这类电池供应用的要求却在不断增加。而要成功应对这一功能不断增加的挑战，固件或软件工程师必须完全理解目前市场上的商业MCU处理内核开发工具，同时硬件设计师理解今天市场上商用解决方案的效率。

    模拟和数字部分要协同努力

      图1：PIC18F1320的可编程能力允许对系统中的电源电压进行控制，并控制MCU的系统时钟和睡眠模式。

    
    如果你能够很好地理解MCU的硬件配置和手头上的开发工具，那么你就能够降低功耗，从而能够再添加一些应用功能。降低功耗的一个方向是控制嵌入式应用的电源电压幅度。你可能需要在程序执行过程中的某些点上与真实模拟世界进行交互，如果的确有这个需要，你的设计中必须包含模拟电路。对模拟电源电压的要求要高于对数字电源电压的要求。要记住，模拟噪声容限比数字的小得多，而且模拟噪声水平不随工作电压的降低而减小。

　　例如，在5V工作电压状态，12位AD转换器能进行优异可靠的转换。同样的12位AD转换器，在2V工作电压状态下，不受噪声影响位数的输出会变少。这是因为，LSB(最低有效位)的位数变小了，而噪声大小不变。这个问题的解决方案是，当仅进行模拟操作时，采用更高的电源电压；而当仅进行数字操作时，切换为更低的电源电压。

　　图1展示了一个简单的、基于MCU的电池供电系统，是围绕Microchip的PIC18F1320闪存MCU而设计的。PIC18F1320具有多种空闲模式以及双时钟启动功能等特性，对低功耗设计很有帮助。

　　在硬件方面，为了追求更低功耗表现，MCU的外部外设和内部外设都在不断发展。MCU的外部外设可通过降低芯片工作电压及优化电路设计来降低功耗。图1所示的简单例子，就整合了低功耗运放、AD转换器以及可调稳压电荷泵。

　　图1中，MCP6041型运放采用CMOS工艺制造，这种运放可以将工作电压降的很低。MCP6041运放由Microchip制造，带宽为14 kHz，电流为600 nA，供电电压在1.4V至5.5V之间。降低的工作电压与降低的静态电流结合，为电池供电设备的电源管理提供了良好的解决方案。

　　集成了内部或外部AD转换器的MCU，转换器的拓扑结构比IC设计创新对MCU功耗的影响更大。例如，同Δ-∑AD转换器相比，SAR(逐次逼近寄存器)A/D转换器的转换时间和消耗电流之比就低得多。在电池供电应用中往往采用SAR模式的A/D转换器，除非是需要分辨率和精度更高的应用。

　　图1的电源是可调的。5V电压用于模拟处理相得益彰，2V电压用在数字电路恰倒好处。图1的可调节电源转换器在低输出电流、锂离子电池供电(4.2V到2.8 V)情况下，具有很高的效率。基于这些原因，该设计采用了一款稳压可调的电荷泵式DC/DC转换器(型号为MCP1252-ADJ)。

　　对不同的操作控制采用不同的工作电压仅是低功耗设计工作的一半。如时刻将低功耗铭记于心，就会希望在维持MCU某些部分工作的同时，关断其它部分。例如，你可以独立运行MCU中的A/D、D/A转换器或USART通信接口，这些部分仅需局部供电就可以正常工作。

　　对外接设备的能耗优化同样重要。此外，将MCU内、外部的外设与MCU的编程能力结合考虑，会切实降低系统功耗。例如，在MCP1252-ADJ中，可以把一个新的电路切换到电阻反馈系统中，这样MCU就能够控制电压。为了确保模拟电路的最佳工作条件，需要电荷泵输出高电压。而MCU的数字电路部分在较低的电压下就能工作。如，PIC18F1320的输出电压为2V至5.5V。通过直接对比电荷泵的两种输出电压就可计算节省的功率。如果把MCU外部外设的供电切断，加在I/O端口上的供电电压又比较低，这样就可以进一步降低功耗。

　　控制时钟

　　当设计师试图降低嵌入式系统电路的整体功耗时，常常忽略的一个问题就是：在MCU脱离睡眠模式时，如何对时钟进行管理。