STM8L15X系列微处理器的超低功耗设计技术

谭 靖

（95478部队，重庆，400000）

STM8L15X系列微处理器的超低功耗设计技术

谭 靖

（95478部队，重庆，400000）

近年来，随着穿戴式智能设备、便携式电子产品的迅速发展，对微处理器的低功耗提出了更高的要求。文中根据低功耗微处理器的设计特点，对ST公司最近推出的STM8L15X系列微处理器的超低功耗设计技术进行了详细分析。

微处理器；功耗；低功耗芯片设计

随着半导体工艺的发展，微处理器中晶体管的数量呈几何级数增长，且集成度和时钟频率也越来越高，导致微处理器的功耗迅速增加。而近年来迅速发展起来的嵌入式应用，不但需要高性能的微处理器，而且对其低功耗也提出了更高的要求。目前，多家芯片厂商都推出了低功耗微处理器，其中ST公司的STM8L15X系列超低功耗微处理器是目前市场上性价比较高、使用较为广泛的超低功耗微处理器之一，文中将对该微处理器的低功耗技术和性能进行详细分析。

1 STM8L15X系列微处理器简介

STM8L15X系列微处理器基于意法半导体加强型RISC内核，16MHz时钟频率可达16MIPS。同时片内资源丰富，具有12位ADC和DAC，2路超低电压比较器，支持多种外设的DMA通道，FLASH高达32KB、RAM高达2KB，并集成了低电压RTC。

2 STM8L系列微处理器的超低功耗技术

该系列芯片采用了意法半导体自主研发的最新130nm超低漏电流工艺，极大地改善了动态功耗和静态功耗，性能/功耗比达到新高，在低功耗待机模式下，电流可以降到0.5uA以下。下面详细分析该系列微处理器的超低功耗设计技术。

2.1 电压调节器

由于微处理器的动态功耗与工作电压平方成正比，通过降低工作电压，能够将功耗减少到最低。目前多数8位低功耗微处理器的工作电压为3-6V，而STM8L15X系列微处理器通过内置电压调节器可以将工作电压降到1.8V或1.55V，并由用户根据系统工作情况，对功耗管理模式做出调整，动态调节工作电压，在不降低性能的同时减耗。

STM8L15X系列微处理器内置了主电压调节器（MVR）和低功耗电压调节器（LPVR）。两种调节器对应了两种工作模式：正常运行模式和低功耗运行模式。在正常运行模式中，由主电压调节器产生1.8V工作电源提供给内核和外设，供电能力达到25mA，但自身功耗也比较大。在低功耗运行模式中，由低功耗电压调节器为微处理器数字部分提供1.55V、200uA电源，此时，不但工作电压低，而且调节器自身功耗也远远低于主电压调节器。在正常运行模式下，当输入电压低于1.8V时，工作电压将直接由输入电源提供；在低功耗模式下，由LPVR提供1.55V电压。

2.2 时钟频率和外设时钟控制

微处理器的总功耗，可以用固定电压下的工作电流来表示：

式中静态部分取决于使能外设的数量，动态部分直接与时钟频率成正比。因此选择合理的时钟类型，设置合适的时钟频率，切断暂时未使用的逻辑模块时钟，也能极大减少系统功耗。

STM8L15X系列所用的时钟源主要有4个：HSE(外部高速晶振)、HIS（内部16M RC振荡器）、LSE(外部低速晶振)以及LSI（内部38KHz低速振荡器）。这四个时钟通过选择器进行选择，并通过系统的分频器进行（1-128）分频。

在正常运行模式下，所有外设时钟关闭，程序从RAM中执行，外部供电电压3V，采用HSI时钟源，在不同频率下的典型电流值可用公式2近似表示。

Analysis on Low-power design technology of STM8L15X microcontroller family

Tan Jing
(The 95478 Unit of PLA, Chongqing,400000,China）

In recent years,with the rapid development of wearable smart device,portable electronic products etc,higher requirement for low power consumption of microcontrollers are presented.This paper described the design features of low power microcontrollers,and discussed the advanced technology for Ultra Low Power Consumption used in STM8L15X microcontroller family.

microcontrollers;power consumption;low-power chip design