当前位置：首页 > article >正文

STM32L051芯片超低功耗特性概览

article 2025/1/9 4:30:19

前言

STM32L0x 系列基于 ARM CortexTM-M0+ 的产品属于意法半导体超低功耗延续产品，丰富了众所熟知的 8 位 STM8Lx 系列和基于 32 位 ARM CortexTM-M3 的微控制器，提供了新的外设封装尺寸。

两个微控制器系列产品都是基于 ST 获得专利的 110 nm 超低泄漏工艺，具有多种模拟和数字外设，简化了从一种结构到另一种结构的过渡，使得用户可以利用在一个平台所需要的知识。

1 STM32L0xx主要特性

在备受赞誉的 STM32F0x 和 STM32L1 系列产品的雄厚基础上， STM32L0xx 加入了多种创新，能够使不同配置下的功耗减到最小，同时保留大部分现有外设并保持准引脚兼容。

对于给定的制造工艺和晶片区域，微控制器的功耗主要取决于两个因素（动态可控）：电压和频率。在 STM32L0xx 器件中，内部低压降调压器为大部分的逻辑电路提供了一个固定电压：确保无论电源电压是多少（可能随着便携式电池供电的产品寿命而降至 1.65 V），功耗都能保持最小。

如果我们考虑时钟源，则多个级联的时钟预分频器、门控技术和逐个外设时钟管理允许在适当的频率下只激活必要的逻辑门。这是当前针对降低运行模式下功耗通用的设计原则。

STM32L0xx 在此方向上做了更多努力，实现了电压调节，可达到更高的处理效率。

但是，要满足所有的超低功耗要求，不能仅仅关注运行时间：对于大部分应用，挑战是在该模式下花费最少的时间和能量，并寻找合适的低功耗模式。改进措施不仅仅包括优化深度睡眠模式，可消除其每十 nA 的泄漏。系统也通过具有 7 个低功耗模式和一组能够调整为低功耗的外设得到了完善（例如日历实时时钟和玻璃 LCD 控制器）。这些内容在后面有详细描述。

2高能效处理

STM32L0 围绕工业标准 32 位内核 Cortex-M0+ 构建，在众多其他标准中，它针对低功耗应用而设计。

Cortex-M0+ 具有领先的性能和代码密度。虽然性能与低电流消耗无直接关系，但它是大多数低功耗应用（须周期唤醒来执行软件任务）的主要优势。这种情况下， Cortex-M0+ 因其处理性能而在运行模式的时间更少，因此可以使深度睡眠模式的时间达到最长。如果我们仅考虑处理能耗（用 mA/DMIPS 表示， DMIPS 代表 Dhrystone MIPS，采用公共基准 Rev 2.0测量）， Cortex M0+ 的性能明显优于其他架构（尤其是 16 位微控制器）的性能。由于性能（用 DMIPS/MHz 表示）由内核及其存储器接口给出，则通过电压调节，可使处理能耗（用 mA/DMIPS 表示）达到最大。这种方法（也称为欠压）包括动态调节内部逻辑供电电压与工作频率。 STM32L0xx 提供了 3 个动态可选电压范围，如下图所示，从 1.8 V（范围 1）至 1.2 V （范围 3），可在能耗上提供超过 25% 的增益。

一个典型例子是具有 USB 设备功能的便携式医疗设备。

如果它在单机模式下工作，那么 4 MHz 足够用来获取和处理来自模拟前端的数据。这种情况下，内部逻辑可仅用 1.2 V 供电。

但是，当系统连接到 PC 的 USB 接口时，执行 USB 软件堆栈需要更多的处理功率：这种情况下，可将设备置于 “ 高性能模式 ”，此模式下内部电压为 1.8 V。然后它能够以 32 MHz 执行代码，同时 USB 外设由 48-MHz 时钟驱动。可利用电压调节来处理这两种工作模式的矛盾，而无需妥协动态电流消耗性能。

3多种低功耗模式

在更高的架构级上来看，可进入低功耗模式（7 种低功耗模式的某一种）来调节 STM32L0的功耗。

通过逐步禁用与频率无关的电流源（时钟源，非易失性存储器和调压器），直至大部分芯片掉电，可以降低功耗功耗。下表概括了每种模式的特点并显示了电流消耗。