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回复: 57

STC单片机低功耗测试0.1uA

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(22232328)
发表于 2019-10-21 21:55:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
本测试使用的是STC8F2K和SI4463超低功耗射频模块(RF63U)
模块名称:RF63U
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测试方案:将电流表串入模块电源线,UART接口与计算机连接,通过计算机发送休眠指令使模块进入休眠状态,观察电流表实时电流数据变化。
测试工具:电流表、锂电池、UART转TTL模块
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测试步骤
(1)RF63U工作电压范围为2.0~3.6V,故在锂电池上串了两个1N4148二极管;
(2)将电流表串入电源线并切换至uA档;
(3)将模块UART接口与计算机的UART接口连接好;
(4)打开串口调试助手,发送区选择16进制;
(5)给模块上电,此时显示为1024uA,因工作于接收模式时,功耗是10mA左右,超出量程所至。
(6)通过串口调试助手发送休眠指令(16进制)AA BB 01 A0 00 13 19;
(7)电流表显示为0.00uA,似乎哪里不对。因UART接口与计算机连接,计算机的接口的)管脚电平信号馈电足够维持模块工作于休眠模式下,因此我们连接的电池电流消耗此时为0;
(8)断开UART接口与计算机的连接线,仅留下电池、电流表、透传模块组成的最小测试系统,电流表从0.00uA逐渐变大,最后稳定于0.12~0.13uA左右。

关于断开UART接口后电流表逐渐变大的原因分析:当UART接口与模块连接时,模块休眠时所需要电量使用UART接口的馈电已经足够,电池电量消耗为0,故此电流表显示为0.00,当断开UART接口后,因模块上电容中存储有电能,模块开始消耗电容电量,随着电容电量的消耗,不足的电量则通过电池补充,故此电流表由0.00uA~0.12uA是个逐渐变化、最后趋于稳定的过程。

关于电流大小分析:RF63U透传模块主要使用了单片机和SI4463芯片和一些辅助电路,进入休眠模式的本质是单片机控制SI4463进入休眠,然后单片机本身也进入休眠状态。
单片机进入休眠状态时官方给出的电流消耗是0.1uA(100nA),SI4463给出的电流消耗是30nA,故此上面的测试结果0.12~0.13uA(即:120nA~130nA)与理论电流基本相符。
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本次测试使用的电流表比较简陋,准确性有待核实,改天用6位半再核实一下。
(22193504)
 楼主| 发表于 2019-10-22 08:42:22 | 显示全部楼层
大家对这个电流表这么感兴趣呢,上传个原理图吧
eevblog的,一块分享
μCurrent GOLD.zip (1.51 MB)
(22231899)
 楼主| 发表于 2019-10-21 22:02:27 | 显示全部楼层
关于STC单片机的低功耗性能和配置方法,希望大家多多交流,占个位哈,省得想修改时没办法
(22231722)
 楼主| 发表于 2019-10-21 22:05:24 | 显示全部楼层
射频无线的低功耗方案也可以顺便交流一下,虽然现在我们国家不缺电,但有些场合还是特别需要低功耗的,而且需求越来越多
(22231173)
发表于 2019-10-21 22:14:33 | 显示全部楼层
好奇一下,什么表可以测量出0.1uA的数值?
(22230901)
发表于 2019-10-21 22:19:05 | 显示全部楼层
4位半的ua档没问题
(22226638)
发表于 2019-10-21 23:30:08 | 显示全部楼层
0.1uA休眠电流,STC达到了MSP430级别了?
(22224758)
发表于 2019-10-22 00:01:28 | 显示全部楼层
楼主的电流表在哪买
(22223923)
发表于 2019-10-22 00:15:23 来自手机 | 显示全部楼层
电流表,我在淘宝上找到258元,貌似是个硬件开源的东西
(22223611)
发表于 2019-10-22 00:20:35 | 显示全部楼层
wx-ta 发表于 2019-10-22 00:15
电流表,我在淘宝上找到258元,貌似是个硬件开源的东西

给个链接看哈  啥宝贝?
(22220616)
发表于 2019-10-22 01:10:30 | 显示全部楼层
wx-ta 发表于 2019-10-22 00:15
电流表,我在淘宝上找到258元,貌似是个硬件开源的东西

基本的部分是eevblog出品的
(22196533)
发表于 2019-10-22 07:51:53 | 显示全部楼层
确定把UART拔了,还是0.1uA???
(22195612)
发表于 2019-10-22 08:07:14 | 显示全部楼层
LZ 应该换个正式点的表测测
(22194204)
 楼主| 发表于 2019-10-22 08:30:42 | 显示全部楼层
布心 发表于 2019-10-22 07:51
确定把UART拔了,还是0.1uA???

这个是确定的,因为不拔的话用uA档显示不出来,总是0.00uA
(22193983)
 楼主| 发表于 2019-10-22 08:34:23 | 显示全部楼层
lwy86 发表于 2019-10-22 08:07
LZ 应该换个正式点的表测测

确实是应该换个正规的台式表,我们有台6位半,应该精度是足够的
不过基于这个单片机我们已经做了低功耗传感器采发仪,带无线唤醒功能,一节电池用几年是没有问题的(自放电比较低的一次性电池)
岩土、土木工程领域安全监测
(22192064)
发表于 2019-10-22 09:06:22 | 显示全部楼层
wincom 发表于 2019-10-22 08:34
确实是应该换个正规的台式表,我们有台6位半,应该精度是足够的
不过基于这个单片机我们已经做了低功耗传 ...

你的设计能自组网,定时唤醒吗?
(22191633)
 楼主| 发表于 2019-10-22 09:13:33 | 显示全部楼层
jqfsjt 发表于 2019-10-22 09:06
你的设计能自组网,定时唤醒吗?

可以组网,有自动唤醒功能
原理比较Low,每隔几秒“醒”一次,检测有没有收到唤醒数据,若有则“真正被唤醒”,若没有则继续休眠,等待几秒后再侦听。
在被唤醒后长时间没有通讯时,再次休眠。这些工作逻辑完全由单片机控制。
我们另一个设计NLM300,使用了Lora,有专门的侦听工作模式的,其实原理基本上是一样的。
(22191441)
发表于 2019-10-22 09:16:45 | 显示全部楼层
wincom 发表于 2019-10-22 09:13
可以组网,有自动唤醒功能
原理比较Low,每隔几秒“醒”一次,检测有没有收到唤醒数据,若有则“真正被唤 ...

有产品的介绍资料吗?
(22190859)
发表于 2019-10-22 09:26:27 | 显示全部楼层
看样子大家都对电流表感兴趣。哈哈。
(22190657)
 楼主| 发表于 2019-10-22 09:29:49 | 显示全部楼层
关于STC的低功耗
不少人一提起STC单片机就觉得什么性能都不好,其实不是这样的
打个比方,运动会上都在比谁跑得更快,跑得快或者最快确实是很难的,大家都在追求速度,但做为一种动物来说,跑得快只是无数特性中的一种,比谁更快很难,但若要比谁吃得更少,我想这不是太难的事
低功耗不是什么尖端技术(nA级的除外),做到工程需要的uA级是很平常的,所以只要在设计时考虑到功耗问题的单片机,都没有问题的,
我们提到低功耗,全是用MSP单片机来说事儿?可对于一个产品来说,功耗的消耗往往不是单片机,而是除单片机以外的其它电路,恰恰是与我们设计有关的电路部分,相对于这些电路消耗的能量来说,单片机休眠时消耗的能量基本可以被忽略的
我想这是为什么低功耗产品不全是MSP的原因。
我们做野外无人值守监测设备的,一开始也是MSP,后来不断的有工程师使用其它单片机,现在反倒是MSP基本不用了,STM和LPC、STC为主了,配合合适的工作流程,平时也就3uA、5uA左右,太阳能供电,足够足够的了。
对我们工程来说,单片机是1uA或者1nA,没有区别,对产品整体功耗而言,都是可以被忽略不计的能量。
(22190575)
发表于 2019-10-22 09:31:11 | 显示全部楼层
楼主有几点请教下,
1. 硬件电路上。SI4463 的32M晶体 没有电容吗?
2. 整个电路在等待唤醒数据 时, SI4463 是处在什么模式下? 如果在接收状态下,电流应该有10mA 才对吧。
(22190439)
 楼主| 发表于 2019-10-22 09:33:27 | 显示全部楼层
测试用的射频模块的介绍资料,有需要的下载吧,真的要跑题,坛主不会有什么想法吧
RF63U100SMT用户手册.pdf (1.15 MB)
(22190019)
 楼主| 发表于 2019-10-22 09:40:27 | 显示全部楼层
mPiDDR 发表于 2019-10-22 09:31
楼主有几点请教下,
1. 硬件电路上。SI4463 的32M晶体 没有电容吗?
2. 整个电路在等待唤醒数据 时, SI446 ...

这是个功耗需求和工作逻辑的问题
4463休眠就是休眠,不接收,每间隔几秒醒一下(瞬间的接收模式)
所以要唤醒它,要连续发几秒的唤醒指令,被唤醒的模块会在“瞬间的接收模式”时收到唤醒指令的,应答,唤醒,等待其它指令,若超时无指令继续休眠......
(22188817)
发表于 2019-10-22 10:00:29 | 显示全部楼层
0.1uA是挺小的了,唤醒有rtc吗
(22188454)
 楼主| 发表于 2019-10-22 10:06:32 | 显示全部楼层
这个型号的单片机里面内置了个不太准确的唤醒定时器,可以设置为0~16秒左右。
顺便说一下,上面的测试是没有打开唤醒定时器的,那个定时器会消耗0.5uA的电流(具体看一下手册吧,我记不太清楚了)
看需要吧,有些应用是不需要定时唤醒的,比如我们有个测量脉冲数量的产品,用外部中断唤醒就可以了
(22188427)
发表于 2019-10-22 10:06:59 | 显示全部楼层
wincom 发表于 2019-10-22 09:33
测试用的射频模块的介绍资料,有需要的下载吧,真的要跑题,坛主不会有什么想法吧

...

我以为这个模块的电路设计是你做的呢。
唤醒模式,确实高明。

(22188082)
 楼主| 发表于 2019-10-22 10:12:44 | 显示全部楼层
Pupil 发表于 2019-10-22 10:00
0.1uA是挺小的了,唤醒有rtc吗

看了一下调试记录
休眠状态(不开定时唤醒定时器):0.12uA
休眠状态(开启定时唤醒定时器):1.93uA
也就是定时唤醒定时器功耗大约是1.8uA,有点大了
(22188052)
 楼主| 发表于 2019-10-22 10:13:14 | 显示全部楼层
mPiDDR 发表于 2019-10-22 10:06
我以为这个模块的电路设计是你做的呢。
唤醒模式,确实高明。

是我们自己做的,没错
(22186999)
发表于 2019-10-22 10:30:47 | 显示全部楼层
刚新公司接手做的射频模块+stc单片机 0.5ua。。。。看了低功耗还没搞好啊
(22186672)
 楼主| 发表于 2019-10-22 10:36:14 | 显示全部楼层
nade 发表于 2019-10-22 10:30
刚新公司接手做的射频模块+stc单片机 0.5ua。。。。看了低功耗还没搞好啊

1uA以内的功耗,很多时候已经不是设计的问题了,和生产也有关系,我们手工焊接的普遍不如贴片出来的功耗低
(22172039)
发表于 2019-10-22 14:40:07 | 显示全部楼层
wincom 发表于 2019-10-22 10:36
1uA以内的功耗,很多时候已经不是设计的问题了,和生产也有关系,我们手工焊接的普遍不如贴片出来的功耗 ...


QQ截图20191022143751.png
你这个低功耗应该是掉电模式吧。
(22171759)
 楼主| 发表于 2019-10-22 14:44:47 | 显示全部楼层
xunke 发表于 2019-10-22 14:40
你这个低功耗应该是掉电模式吧。

是掉电模式
STC8F2K
(22080000)
发表于 2019-10-23 16:14:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 XTXB 于 2019-10-23 16:15 编辑
wincom 发表于 2019-10-22 10:36
1uA以内的功耗,很多时候已经不是设计的问题了,和生产也有关系,我们手工焊接的普遍不如贴片出来的功耗 ...


之前做个产品,3v供电,正常待机不超过2微安,用裸手摸一下就多了几个微安,要戴手套操作才行。
(22079758)
发表于 2019-10-23 16:18:08 来自手机 | 显示全部楼层
XTXB 发表于 2019-10-23 16:14
之前做个产品,3v供电,正常待机不超过2微安,用裸手摸一下就多了几个微安,要戴手套操作才行。 ...

stc啥型号的?
(22079455)
发表于 2019-10-23 16:23:11 | 显示全部楼层
stc15w4k56
(20939116)
 楼主| 发表于 2019-11-5 21:08:50 | 显示全部楼层
STC单片机做低功耗产品是没问题的
我们用这个做了SI4633、Lora、无线传感器节点模块,最近又做了一个墙体裂缝监测预警仪器
大家一起学习:)
(20905380)
发表于 2019-11-6 06:31:06 来自手机 | 显示全部楼层
建议电源线串小电阻测测电压算出来电流,电流表多少有些内阻,直接测电流不是特准
(20898270)
发表于 2019-11-6 08:29:36 | 显示全部楼层
确定不是来炫耀电流表的?
(20896162)
 楼主| 发表于 2019-11-6 09:04:44 | 显示全部楼层
FireBrain 发表于 2019-11-6 08:29
确定不是来炫耀电流表的?

不要开玩笑啊,我不做电流表。无偿无私的宣传一下STC的低功耗
(20891314)
发表于 2019-11-6 10:25:32 | 显示全部楼层
wincom 发表于 2019-11-6 09:04
不要开玩笑啊,我不做电流表。无偿无私的宣传一下STC的低功耗

精度怎么样,对可穿戴低功耗感兴趣,可能需要个精度高的的电流表
(20889152)
发表于 2019-11-6 11:01:34 | 显示全部楼层
这个低功耗指标大部分场合都足够用了
(20761838)
发表于 2019-11-7 22:23:28 | 显示全部楼层
xmm 发表于 2019-10-21 23:30
0.1uA休眠电流,STC达到了MSP430级别了?

2003年批量的STC89C系列就达到了啦,之后的STC10、11、12、15系列一直保持休眠电流0.1uA以下,但是开启唤醒定时器会有3~5uA电流。
STC8系列不关闭内部的LED,睡眠是1.6uA,关闭了LDO就是0.1uA以下。
(20760399)
发表于 2019-11-7 22:47:27 | 显示全部楼层
小李非刀 发表于 2019-11-7 22:23
2003年批量的STC89C系列就达到了啦,之后的STC10、11、12、15系列一直保持休眠电流0.1uA以下,但是开启唤 ...


引用楼主 在27楼的测试数据:休眠状态(开启定时唤醒定时器):1.93uA

这个定时的精度高吗?也即是这个情况下的时钟源精度高吗?精度 为多少?
(20756522)
发表于 2019-11-7 23:52:04 | 显示全部楼层
这个0.1uA的电流下RAM是保持的吗?
(20723716)
 楼主| 发表于 2019-11-8 08:58:50 | 显示全部楼层
夏日么么茶 发表于 2019-11-7 23:52
这个0.1uA的电流下RAM是保持的吗?

是保持的,醒过来后代码继续
(20723168)
发表于 2019-11-8 09:07:58 | 显示全部楼层
这个确实不错
(20620362)
发表于 2019-11-9 13:41:24 | 显示全部楼层
和我之前测试的数据差不多哈
(20523365)
 楼主| 发表于 2019-11-10 16:38:01 | 显示全部楼层
zhuyuye 发表于 2019-11-9 13:41
和我之前测试的数据差不多哈

做什么样的低功耗产品?
(20410838)
发表于 2019-11-11 23:53:28 | 显示全部楼层
不错,低功耗技术是很值得研究
(20380678)
发表于 2019-11-12 08:16:08 来自手机 | 显示全部楼层
这么牛?
(20203144)
 楼主| 发表于 2019-11-14 09:35:02 | 显示全部楼层
kkey 发表于 2019-11-11 23:53
不错,低功耗技术是很值得研究

是的是的,一起研究
(19070516)
发表于 2019-11-27 12:12:10 | 显示全部楼层
retention 发表于 2019-11-7 22:47
引用楼主 在27楼的测试数据:休眠状态(开启定时唤醒定时器):1.93uA

这个定时的精度高吗?也即是这个 ...

唤醒定时器的时钟是简单低功耗振荡器,精度很差的,工作电压影响很大,一般会到+-20%甚至更大,只要用于大概的唤醒。
(19070396)
发表于 2019-11-27 12:14:10 | 显示全部楼层
夏日么么茶 发表于 2019-11-7 23:52
这个0.1uA的电流下RAM是保持的吗?

STC的MCU在睡眠后,所有的寄存器内容、SRAM内容、PC指针、IO输出状态都不改变,醒来后从睡眠的地方继续运行。
(18981926)
 楼主| 发表于 2019-11-28 12:48:40 | 显示全部楼层
小李非刀 发表于 2019-11-27 12:14
STC的MCU在睡眠后,所有的寄存器内容、SRAM内容、PC指针、IO输出状态都不改变,醒来后从睡眠的地方继续运 ...

刀哥回答准确到位
(18904167)
发表于 2019-11-29 10:24:39 | 显示全部楼层
用过STC15L MCU做过低功耗  4UA  已经能满足要求了,0.1UA 有这么低么
(18902028)
 楼主| 发表于 2019-11-29 11:00:18 | 显示全部楼层
FESENS 发表于 2019-11-29 10:24
用过STC15L MCU做过低功耗  4UA  已经能满足要求了,0.1UA 有这么低么

呵呵,确实是的,我觉得10uA以内的话从应用角度来说都基本能满足要求,0.1uA只是我想验证一下到底能低到什么程度
0.1uA时我没有开定时唤醒,但可以外部中断或者UART唤醒,也是有应用价值的。
我们实际的一个射频小模块产品,用了定时器,最后是休眠3uA左右。
(9812977)
发表于 2020-3-13 15:44:29 | 显示全部楼层
串口线都还在,你这怕是测的有问题
(9812318)
发表于 2020-3-13 15:55:28 | 显示全部楼层
LZ测试方法有问题,串口TX高电平也会给电路板供电的
把串口拔掉在侧
(发现LZ已经发了同样问题了)
(9625852)
发表于 2020-3-15 19:43:14 | 显示全部楼层
STC的单片机,功能比较简单,就是定时唤醒和触发中断唤醒,对速度一点要求都没有,能做到多少电流?谢谢
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