【产品实战】新手进行低功耗单片机产品设计常见的几个坑

嫌文字看着累的话，直接搜账号名嵌入式crafter（小破站 / 某音 / 某红书同号），视频里把讲解的内容和实战操作揉在一起了，比对着文档啃效率高多了。

官方功耗说明

芯片：STC8H1K

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进入掉电模式代码

关闭中断、定时器、串口等外设，然后设置PCON寄存器的PD位进入掉电模式，这些在STC8H的芯片手册中都有详细的寄存器说明和例程，这些不是重点。

/**
  * @brief  调用此函数后进入低功耗模式，正常情况下<50uA
  * @param  void
  * @retval void
  */
void enter_powerdown_mode(void)
{
    // 禁用中断(降低0.4mA)
    IE = 0x00;     
    IE2 = 0x00;  
    
    // 关闭定时器
    TR0 = 0; TR1 = 0;
    TCON = 0x00; TMOD = 0x00;
    // 关闭串口
    SCON = 0x00;
    // 关闭 ADC（如你使用了）
    ADC_CONTR = 0x00;
    
    // 进入掉电模式
    PCON |= 0x02;  // 设置 PD 位（掉电模式）
    _nop_();
    _nop_(); //掉电模式被唤醒后,MCU 首先会执行此语句
    _nop_();
    _nop_();
    while(1);
}

现象分析

正常模式

正常全部功能运行模式下，我测得的功耗大概是80mA~104mA范围变化。我们需要让产品在不需要使用时，进入掉电模式，希望能够做到至少耗电流<100uA。

 

掉电模式

掉电模式下，开启无线通讯模块，耗电流约等于60mA；

 

掉电模式下，关闭无线通讯模块，耗电流约等于6mA；然后又将一些引脚进行了配置，例如一些外部有上拉电阻到VCC的引脚，掉电模式下，需要配置为高电平，否则浮空或者低电平会形成电流回路，漏电。最后配置完，所测电流在3mA，这仍然离我们的要求太远。

 

有一些电路它可能在待机模式下仍然消耗很大的电流，例如我们前面提到的无线模块，我们可以通过一个三极管的开关电路，在掉电模式下关闭对无线模块的供电，来保证其在掉电模式下不消耗我们过多的电流。

 

漏电流电路排查

因为反复验证代码后，发现能够配置的GPIO都按要求配置了，用到的所有外设也都关闭了。但是耗电流仍然不见减少。所以我从硬件上去找原因：

排除了板子上大多数的电路模块，最后锁定在了电池检测的电阻分压电路以及基准电压芯片电路。

ADC电池检测电路分压电阻选型

因为一开始没有考虑低功耗的问题，所以两个串联分压电阻选择了两个1K的，总计2K。耗电流一算发现供电3.7V / 2K = 1.85mA，掉电模式下它也仍然是在耗电的。

 

我就尝试将R7去掉，发现电流果真降了1点多mA。

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这一块我决定需要重新设计电路，选择电阻的参数。最后选择了一个300K和150K的电阻。锂电池充满电时4.2V的供电，4.2V / 450K = 9.3uA。这个耗电流是我们可以接受的。

采样电路 - 电池电压检测电路（AD采样） - 《嵌入式硬件知识》 - 极客文档

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基准电压芯片

虽然总体的耗电流下降到1mA多，但是仍然还是不行。我继续查找原因，后面发现原来我们选用的基准电压芯片，掉电模式下耗电居然要1mA多。然后我就尝试将其去掉，发现一测确实电流下来了。虽然比芯片手册中提到的0.4uA多很多，但是因为我们的电路板上可能有其他电路会漏电，但是这个耗电流是可接受的范围。

 

所以我重新选了一颗低功耗的基准电压芯片LM385（10uA）参考电源芯片，这样就能确保产品掉电模式下的耗电流在16.78uA+10uA+9.3uA = 36.08uA 小于100uA的预期。

锂电池的耗电时间计算

例如我们选用的1200mAh的锂电池，而产品掉电模式下耗电是36uA，那么理论上计算，取1080mAh（90%）/ 0.036mA = 1250天，产品在掉电模式下大概可以维持1250天，这对于我们希望产品能够在掉电模式下维持2个月以上完全是足够的。

电池电量续航时间 - 在线计算器 - DigiKey得捷电子

 

 

总结

本期内容就分享到这，主要通过STC8H这颗芯片的掉电模式应用，来分析了低功耗模式下硬件电路设计中需要注意的点。