MCX A系列微处理器之低功耗优化设计

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全新的MCX A系列融合了恩智浦通用MCU的特点，适用更为广泛的通用应用，实现了低成本，低功耗，高安全性和高可靠性。MCXA153是MCX A系列的第一款产品，已于2024年1月份上市，为低成本入门MCU应用提供了丰富的功能和特性。后续MCX A系列还会继续推出新产品，为客户提供持续的硬件和软件的可扩展升级路径。


MCXA153的低功耗特性
低功耗是当前产品设计的一大热点，MCXA系列集成了高效的供电架构和丰富灵活的功耗模式，来满足低功耗产品设计要求。作为MCXA系列首款产品，MCXA153实现了59 uA/Hz的动态功耗，6.5 uA的系统掉电并且RAM保持数据的静态功耗，低至394 nA 深度掉电功耗。今天，我们一起来了解一下MCX A的低功耗设计。
为了实现出色的低功耗性能，MCXA提供了独立电源域(Power Domain)以及五种功耗模式(Power Mode)：运行(Active)，睡眠(Sleep)，深度睡眠(Deep Sleep)，掉电(Power Down)和深度掉电(Deep Power Down)。MCXA将供电系统细分为各个可独立控制的电源域，其目的是可以提供不同的电压，并且在不同的功耗模式下，用户可以灵活选择供电或者掉电，进一步降低功耗。


比如内核电源域(Core Domain)控制了数字逻辑电路的电源，包含了Core相关和MCU大部分的数字模块。在运行功耗模式下，内核电源域有两种电压可选，标准驱动SD模式，内核电源域电压是1.1 V；中等驱动MD模式，内核电源域电压是1.0 V; 在掉电功耗模式下，内核电源域电压可以设置为保留电压(约0.6V)，从而达到更低的功耗。用户可以根据不同的功耗模式，不同的内核运行频率，来调整内核电源域的电压。比如用户想让MCU跑在96MHz，那么Core的电压需要调整为1.1V。但如果用户的应用可以接受更低的运行频率，即使是短暂运行时间，用户可以降低Core的供电电压，从而降低MCU整体功耗。


系统电源域(System Domain)，由VDD引脚直接供电。系统电源域中的主要模块包括SPC系统电源控制，HVD/LVD 过高电压和过低电压检测，低功耗模式唤醒和低功耗定时器。这样，在MCU低功耗模式例如深度掉电模式下，内核电源域已掉电，即MCU的大部分数字逻辑电路掉电，以节约能耗，而系统电源域能保持供电，处于系统电源域的FRO16K仍然可以工作提供异步时钟，低功耗定时器等外设可以工作。这样独立设置的电源域提供了灵活的低功耗设置，来满足不同低功耗应用设计的要求。


MCXA153的电源域和功耗模式

• ON：该模块会在指定的功耗模式下启用
• OFF：该模块会在指定的功耗模式下掉电，信息丢失
• Static: 该模块在指定的功耗模式下禁用，但信息保持
• LP：该模块会在指定的功耗模式下启用，使用异步时钟且运行频率受限
• ON/Static：该模块在指定的功耗模式下是可配置的，用户可以配置为启用
  

MCXA153的低功耗优化设计
用户可以利用MCXA低功耗特性，优化产品整体功耗，设计出色的低功耗产品。在产品开发过程中，可以从以下几方面进行低功耗优化。

• 首先是尽量使用MCXA的低功耗模式。用户可以根据应用需求，尽量使用更低功耗的模式，降低系统静态功耗。即便MCU需要处于运行模式下，也根据实际情况，利用MCXA可配置电压特性，降低内核运行频率，从而优化系统的动态功耗。当MCU处于掉电模式下，将内核电源域电压设置为保留电压，可以保留寄存器状态的同时，降低MCU整体功耗。
• 其次是充分利用MCXA的低功耗外设模块。MCXA支持异步DMA，低功耗UART/I2C/SPI，低功耗比较器等外设。可以在关闭内核电源域（禁用内核）的功耗模式下，使用低功耗外设，触发异步DMA，减少唤醒内核，来优化系统功耗。
• 另外是配置合适的时钟。用户可以根据应用需求来选择合适的内核和外设时钟频率以及时钟源，同时可以关闭未使用的时钟源来节省功耗。在配置外设时钟时，还可以通过使能自动时钟选通来降低功耗。
• 此外还可以对内存的配置进行优化。在运行和睡眠模式下，通过配置FLAHHCR寄存器可以使flash进入低功耗模式，通过配置RAM_CTRL寄存器可以使能RAM的自动时钟选通功能。在深度睡眠模式下，可以配置不同的RAM区域掉电来降低功耗。
• 最后是优化IO引脚的配置。在低功耗测试中，经常发现IO引脚的漏电流导致异常功耗。需要注意复位引脚，调试引脚，UART串口引脚和I2C引脚的上拉电阻。对于未使用的IO引脚，尽量接地并保持默认高阻态配置。
  

今天为大家介绍了MCX A153的低功耗特性以及优化建议，后续会有更多的特性介绍，帮助大家对MCX A系列有个快速而全面的了解，敬请期待！

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