基于ＡＴ９１ＳＡＭ７Ｌ的极低功耗系统设计

陈　飞

影响系统功耗的主要因素

对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV²f，其中C为系统的负载电容。v为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑在不影响系统性能的前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对ATMEL公司的AT91SAM7L来具体探讨这个问题。

基于AT91 SAM7L的极低功耗系统设计

AT91SAM7L是工业级的32位RISC控制器，具有高性能和超低功耗的优点，该系列产品嵌入了控制多个功率岛(powerisland)的功率开关，以及可编程的电压调节器，用于降低工作和待机模式下的功耗，为设计低功耗系统提供了有利的条件。

图1是以AT91SAM7L为CPU的计算器的原理框架，其中还包括了AT91SAM7L电源系统结构图。

(1)电源的电压

AT91SAM7L采用单电压模式工作，电压低至1.8V，在工作模式下，从闪存中执行代码时，典型的电流消耗为0.5mA／MHz。不同待机模式的功耗可通过多种方式来加以控制，例如功率开关，可调电压调节器，以及在电压监控器、上电复位和欠压检测电路使用采样技术，而非持续量度。在关电模式下，AT91SAM7L的典型电流消耗仅100hA。

(2)低功耗模式和快速唤醒功能

在关电模式下，仅对快速唤醒(Fast Wake-up,FWUP)引脚供电，这样只需按一个按钮即可唤醒系统。这种功能可用于控制计算器等应用的电源开／关。在后备模式下，只有电源控制器、零功耗上电复位(POR)和32kHz晶振电路在运行。RTC、2kb后备SRAM、BOD、电荷泵、LCD稳压器和LCD控制器均可独立开／关。在等待模式下，该2MHz RC振荡器便会快速唤醒系统，实现快速的外部事件管理。图2是AT91SAM7L各种模式之间的转换及状态框图。

(3)降低功耗技术

AT91SAM7L针对工作和待机模式采用了创新的降低功耗技术。在工作模式下，能通过可编程的方式设置工作电压和工作频率、外设时钟活动，并采用DMA来替代CPu完成数据传输，从而优化功耗。