Mega48的省电模式的功耗控制问题

lvhaian · 发表于 2007-9-19 22:38:43

大家好，我在一个项目上面碰到一些问题，对这方面的经验不多，希望朋友们能给些建议。

我现在做的是一个检测方面的项目，需求：两节碱性电池工作半年以上。

主机模块：电源模块,红外接受模块，红外发射模块，传感器模块，433MHZ无线接收模块，还有些拨码开关
从机模块: 无线发送模块,传感器模块

作了第一版，主机用了MEGA8,所有模块5V供电，电池用了外面的9V电池，LDO模块HT7150线性电源,
丛机没有碰到问题就不列出了 .

软件作完，程序不是特别难，但是第一版基本失败，功能都满足了，但是电池只能坚持2-3天,基本问题在于外围器件功耗大,电池只有200mAH,只是用了省电模式处理"临时发生事件",但是临时事件发生过后没有采用定时唤醒模式来扫描处理"天天发生的事情",还有电源芯片效率低,9V-5V,选LDO效率太低.都使用5V系统,耗电量过大,毕竟功耗和电压平方成正比.

我做电子设计几年了,项目作了不少,很少失败的,MCU从32位ARM到8位的单片机也很多种了,遇到如此失败的第一次啊

现在方案改进，选了MEGA48 低功耗芯片，外接1M晶体（处于38K调制红外发送），电池选用两节碱性电池,用了两块sipex高效率的boost开关电源升压到5V和3.3V供外围器件,再用一块LDO供1.8V核电压, 433MHZ无线接受模块打算用电源管理，不用的时候关断，但是没有这方面的经验，

问题1：不知道关断外围不用芯片的电源所用的MOSFET的芯片如何选择，（1.8V核电压，芯片资料上面IO口最小输出为1.3V） MOSFET的电源控制该怎么接最好

问题2: 外接无源1M晶体的功耗会有多少,是什么量级的,我现在只知道有源晶体的功耗.

问题3: 我想用定时唤醒CPU的模式,但是不想用节电模式,功耗太大(300uA) ,但是如果选择省电模式(定时器正常工作,外部晶振停振),我就不知道我时钟怎么给.

问题4: 1.8V核电压的时候是否IO口可承受5V电压,如可以,多大电流可以功耗最少, 如果不可以,怎么样接的方式能够使电压最小

问题5: 大家有没有知道功耗低点的一体化红外接受管,这个是功耗大户,它不能断电,我看到德国原装的管子无接收信号时静态电流0.1--0.5mA,太大阿

希望大家能给些意见,不管是不是最好的,大家一起讨论讨论阿!

我的电话:13361880878 对于时间宝贵的朋友可以电话讨论节省时间.

donkey · 发表于 2007-9-19 23:39:02

呵呵,难了.要做3个电平转换,还有功耗器件长期工作.
我拆过MOTO的BB机,竟然在里面焊接了电池的,也不知道这个电池是给哪个部分供电的.显然,连BB机的时钟电路都没有供电,因为拿掉外接的电池,时钟就清零了.呵呵,省掉了电平转换,BB机用了几年还没坏呢.

lvhaian · 发表于 2007-9-20 09:10:21

可能不是这个意思啦，可能BB机里面有个电容拉，在几分钟内换电池应该不掉电的拉。

mcu5i51 · 发表于 2007-9-20 09:43:51

m48可以轻易作到30uA以下，建议你使用内部1m rc 外接32k时钟，使用省电模式，如果遥控发送信号有重复的话，把接受头也关掉，在定时扫描，有信号再开，只要小于一般人按键速度，就不会出错，如果自己做遥控发射就更好了，m48的bod会有30-50uA (3v)不用也关了

lvhaian · 发表于 2007-9-20 09:57:54

3楼的朋友，你说的内部1M对我应该不合适的，用标准的出厂校准过的也有5%的误差，38K发送可能会出现问题，（红外接收头是现在常用的家电，程序不受我控制）。

“如果遥控发送信号有重复的话，把接受头也关掉，在定时扫描，有信号再开，只要小于一般人按键速度，就不会出错，”

我的红外接收不能关掉，因为发送不是我自己做的，是一般的家电遥控器。不存在握手重发。

“如果自己做遥控发射就更好了，m48的bod会有30-50uA (3v)不用也关了”
Bod是什么意思，我不太明白，我用AVR不久，你可以告诉我一下，我可以翻资料。

我的系统现在我不要求做到30uA以下，只要能在500uA以下我就谢天谢地了。

lvhaian · 发表于 2007-9-20 11:03:27

这里的帖子太容易沉了，顶一下

lvhaian · 发表于 2007-9-20 11:49:26

有个问题再请教一下，8M内部晶振的校准可以到什么精度。分频到1M以后应该没有什么影响的吧。

温度的影响到底有多大，如果我是用在常温下面（0 -- 35度之内），能不能保证RC震荡的精度偏差不大。

lvhaian · 发表于 2007-9-20 12:34:45

再有，想问一下ourAVR ，我的复杂版仿真器是在你们这里买的，是不是支持Mega48的仿真呢

lvhaian · 发表于 2007-9-20 12:37:30

在省电模式上面，我对AVR实在没有什么信心了，看了些MSP430的资料，想换单片机了。

AVR 和 MSP430 在省电模式下面实在有些差距阿

xswok · 发表于 2007-9-20 15:53:44

3楼说的有道理，你自己领会一下就可以了，我也做过这方面的项目，用M48功耗在100uA左右

lvhaian · 发表于 2007-9-20 18:06:47

我领会了3楼的意思啊，但是我觉得可能是我说的不够清楚吧，

我晶振必须得准的，所以我怕内部晶振有问题。

还有我的红外接收头不能断电源的

donkey · 发表于 2007-9-20 20:01:45

觉得不行就换芯片吧,要不也不会有这么多种类的芯片了.各有各的领域
我一直想试试别的片子,不过暂时没遇到合适的项目

hewiss · 发表于 2007-9-21 08:22:21

bod 掉电检测几十ua级的
我觉得芯片不用换
大头还是在外围电路上
外围电路是am级的
你芯片再是ua级也没有用

lvhaian · 发表于 2007-9-21 09:30:22

12楼的兄弟，我比较赞同你的想法

lvhaian · 发表于 2007-9-21 10:03:30

顶一下，又沉了

myfriend · 发表于 2007-9-21 10:11:01

大头还是在外围电路上

hewiss · 发表于 2007-9-21 10:48:22

mos很省电的不过一般mos工作电压比较高 1.8v的有是有要好好找找了
你外加唤醒电路只有增大功耗
还是有内部看门狗复位好了
数据可以保存在eeprom
你的红外接受不收信号的时候尽量关闭
像三楼说的定时扫描可以省下很多很多电的

我做过m48 低功耗到4.7ma 不过应用领域不一样

lvhaian · 发表于 2007-9-21 11:56:48

16楼的朋友，您好，你说的我比较赞同拉，我已经找到我要的控制电源的芯片拉嘿嘿在网上找了两天，找到了我认为不错的芯片

点击此处打开armok01174041.pdf

这是颗集成的mosfet来控制电源的片子

“还是有内部看门狗复位好了 ”

程序能恢复到上次运行的地方么，PC指针怎么保存阿？

“你的红外接受不收信号的时候尽量关闭
像三楼说的定时扫描可以省下很多很多电的 ”

由于情况特殊，我不能关接收头的

“做过m48 低功耗到4.7ma 不过应用领域不一样 "
好像并不低啊

hewiss · 发表于 2007-9-21 12:26:04

相对是高了点所以才会点进来看你用什么方法解决的
你的48一直在处理红外的数据么？
如果那样的话就根本不能进入待机状态

用太阳能供电吧。。。

我的设计里只是定时采集数据系统复位没有影响
所以没考虑过pc指针问题

虽然没试过不过我觉得pc指针应该可以保存的
不然系统中断怎么回到原来程序呢

lvhaian · 发表于 2007-9-21 12:39:28

单片机不一直处理，中断唤醒拉，就是需要随时待命拉。

lvhaian · 发表于 2007-9-21 12:46:09

hewiss，我的想法倒是和你一样拉，我认为确实是可以保存PC指针的。

不过我觉得可能外部实用时钟晶振的功耗应该不比使用看门狗的功耗低吧。

还有楼上的朋友们所说的“关键是外围电路才是关键。”

虽然我还是赞同你们的说法，不过我还是有自己的观点：

既然外围电路的功耗已经很高了，这个既然是不可控的，所以我不希望我的功耗更高了，当然要把其他能够控制的功耗降到更低拉。

hewiss · 发表于 2007-9-21 12:58:19

那就是说
红外也不是不停在收数据的
就是到时候来个数据
激活48 收数据了
一直开不是浪费。。。
扫描时间只要比中断信号时间短没什么影响的

lvhaian · 发表于 2007-9-21 14:02:44

hewiss ，谢谢您，根据你说的我查了资料我认为可行的

因为我每次收到的红外接收信号是个协议，基本有一个头，这个头信号大约在3个毫秒的低电平。

根据奈奎斯特采样定理，我只要 3/2 mS 唤醒一次进行采样就不会丢信号了

我看了我选的那个mosFET的资料，他从关断到开通电源的时间大约在50uS ，我需要再查一下红外接收头电源稳定工作需要多少时间，估计在100uS左右。所以我认为这样的话确实可行的。

lvhaian · 发表于 2007-9-21 14:23:27

根据大家的讨论和我的资料收集，基本方案已经解决一些问题，现列出来，为以后大家做同类产品作个参考。

问题1：不知道关断外围不用芯片的电源所用的MOSFET的芯片如何选择，（1.8V核电压，芯片资料上面IO口最小输出为1.3V） MOSFET的电源控制该怎么接最好

答：选择FPF1004专用集成ESD保护的MOSFET集成芯片。供电范围在1.2 - 5V , (Vh > 2V) @ (2.5V - 5V); (Vh = 0.8) @ (2.5V - 5V)
由于省电方式以定，3.3V供电，电耗量理论可以满足，所以选择3.3V供电，而不必再选择1.8V。

问题2: 外接无源1M晶体的功耗会有多少,是什么量级的,我现在只知道有源晶体的功耗.
答：有源晶振在40M以上是可能达到10mA。
根据资料查下来，外接无源晶振的功耗基本可以忽略，只和CPU在不同频率下的功耗有关。

问题3: 我想用定时唤醒CPU的模式,但是不想用节电模式,功耗太大(300uA) ,但是如果选择省电模式(定时器正常工作,外部晶振停振),我就不知道我时钟怎么给.
答：这条我还有疑问，虽然RC 8M以出厂校准过，可以分频到1M，但是我还是担心会影响38K红外发送。
如果选择外部1M晶体，处于省电模式下面外部晶体被切断，1M晶体可不可以作为时钟源输入。

问题4: 1.8V核电压的时候是否IO口可承受5V电压,如可以,多大电流可以功耗最少, 如果不可以,怎么样接的方式能够使电压最小
答：已不存在这个问题，我选择了3.3V供电。

问题5: 大家有没有知道功耗低点的一体化红外接受管,这个是功耗大户,它不能断电,我看到德国原装的管子无接收信号时静态电流0.1--0.5mA,太大阿
答：因为我每次收到的红外接收信号是个协议，基本有一个头，这个头信号大约在3个毫秒的低电平。

根据奈奎斯特采样定理，我只要 3/2 mS 唤醒一次进行采样就不会丢信号了

我看了我选的那个mosFET的资料，他从关断到开通电源的时间大约在50uS ，我需要再查一下红外接收头电源稳定工作需要多少时间，估计在100uS左右。所以我认为这样的话确实可行的。

以上就是我对现在问题的理解，只存在一个问题了（问题3），希望大家能再讨论讨论。

szxw · 发表于 2007-9-21 14:25:29

AVR的低功耗模式和唤醒不如430做得好.

lvhaian · 发表于 2007-9-21 14:29:31

【24楼】 szxw

我比较赞同你的看法，我查了MSP430的资料

MSP430 在 3V 供电，定时器唤醒的模式下面的省电模式功耗在1uA一下。

AVR的MEGA48已经是最省电的芯片了，做的不如MSP430。

lvhaian · 发表于 2007-9-21 14:58:41

MEGA48在3.3V电源供电的时候IO口可承受5V电压么
如不可以，5V输入怎么处理 ? 电阻分压可以么？

hewiss · 发表于 2007-9-21 15:31:01

一般都是用分压的只是电流损耗
我最早是用三极管可以换个mos试试
我看论坛里有说加个电阻
加电阻100%不会烧了
就是不知道对单片机本身工作有没有影响
有待尝试

lvhaian · 发表于 2007-9-21 15:37:08

我在LPCXXXX系列的ARM中都是这么做的，不过不知道MEGA48上面能不能这么做，不过不知道会不会有功耗上面的影响

hewiss · 发表于 2007-9-21 15:38:35

如果用430 还会用200mh的电池。。。
可以换个12v7ah电瓶了。。。

lvhaian · 发表于 2007-9-21 15:43:41

如果用430 还会用200mh的电池。。。
可以换个12v7ah电瓶了。。。

什么意思没有明白阿

hewiss · 发表于 2007-9-21 15:48:27

430价格比较贵
用430的钱还不如把电池换大呢

lvhaian · 发表于 2007-9-21 15:55:06

哦我现在不用200mAH的电池了，换用两节碱性电池，3V 1800mAH的呵呵
我价格要求不是特别高,CPU 20一下就可以，空间有限呵呵

lvhaian · 发表于 2007-9-21 16:58:11

顶一下

lvhaian · 发表于 2007-9-22 17:30:14

顶一下拉

lvhaian · 发表于 2007-9-23 12:18:21

我的问题就没有人能解决吗

lvhaian · 发表于 2007-9-24 00:23:08

等了3天，有些怀疑OURAVR里面的人群了，怎么能在关键点的答复好少，而热贴都是些杂贴。

xiaoxu191 · 发表于 2007-9-28 01:07:36

可能你已经等不及了。

建议分析系统各部分的功耗和各部分的工作时间，将最大功耗的部分加以电源管理，将工作时间长的部分降低频率。

例如，假设红外接收是最长时间和较大功耗的电路，它不能完全关闭，你又坚持用1M的外部晶振供MCU，可以加一个小的MCU(AVR Tiny)，工作在32KHz，专门定时开关红外接收电路，主CPU则完全Power-down，用中断或IO变化唤醒。

家电遥控器按键是可以重发的，这样你估计的每1.5ms唤醒红外接收电路，频率可能太高了，100ms唤醒一次会很省电的。500ms响应遥控器的按键不会有人抱怨。

jj3055 · 发表于 2007-9-28 07:24:11

N-MOS: AO3416(A后面不是零是"O"),你可以参考!

不要怀疑这里人群的水平,你电路图没贴,程序没展示(连个结构都没有),叫别人怎么帮你!

不要驾祸于芯片,我的老飞利普手机可以待机两星期(每月150电话费).据说现在有待机４０天的，里面的模块芯片够多了吧!MCU用的是ARM.

今年我仿造了一个老美的东西,老美的东西用两节CR2016锂电池,我试用了半年电还没换,CR2016才十几MAH啊,我用AVR照样达到这个功耗水平，好好利用省电模式，设计一个好的程序，用ＡＶＲ不是不可以．

jj3055 · 发表于 2007-9-28 19:15:49

升压电路可以参考BL8530,启动电压0.8V,静态功耗5.5uA,输出电压有3.3V,4.0V,5.0V,6.0V规格．

mcu5i51 · 发表于 2007-9-29 07:14:24

真热闹，我没有作过红外及遥控项目，自己觉得上面的第3个问题好象不实际，38k在这里只是作为一个调制信号，接受头用的是简易的频率过滤或锁相，本身的精度就不高，5%的误差不会有影响，到是高低电平的时间要控制在允许范围；你说过在信号头中有一个低电平，使用省电模式就更好控制了呀；在用内部rc时，外界晶体可以用t2的实时时钟功能，它是不会停震的，也可以用于高低电平的时间信号基准

donkey · 发表于 2007-9-29 07:39:50

都说了,不是CPU的问题了,外部电路的耗电更大,而且不是一个数量级的,光盯着CPU有啥用啊?

yanwang · 发表于 2007-9-30 22:58:37

关于问题3：使用省电模式主频使用RC，用32768Hz手表晶体作为T2信号源，使用省电模式。至于你担心RC稳定性对38KHz红外信号的处理精度问题，不清楚你是要用芯片提供38KHz信号去驱动红外发送呢还是接收？不管怎样，可以327868Hz时钟作为标准时间信号，对RC主频定期校正，可以使其在任何情况下都能保持较高的准确的度。校正方法可以用测量频率或者周期的方法来得到时钟误差数据，然后根据误差情况逐步修改时钟校正寄存器数据，直到误差小于要求范围。

tmj521521 · 发表于 2011-8-30 11:00:52

回复【38楼】jj3055
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怎么做到的啊？我mega8L 空片最小1ma多好像进入不了掉电模式啊

zl_123 · 发表于 2014-7-15 10:49:09

mark

Mega48的省电模式的功耗控制问题

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