低功率時(shí)鐘選項(xiàng)

1、低功率時(shí)鐘選項(xiàng)不斷增長的低功率設(shè)備需求在消費(fèi)、工業(yè)和汽車市場(chǎng)的各個(gè)角落隨處可見，無論應(yīng)用是由市電供電還是電池供電。不斷上漲的能源成本、更高的競(jìng)爭(zhēng)基準(zhǔn)要求和日益嚴(yán)格的立法控制只是對(duì)最新一代電子產(chǎn)品提出更高功效要求的幾個(gè)要素。通過深化到最新的微控制器（）的核心，就有可能從根本上實(shí)現(xiàn)低功耗。本文一開頭先介紹了mc9s08系列產(chǎn)品提供的幾種不同時(shí)鐘模塊，然后具體介紹了多功能時(shí)鐘發(fā)生器（mcg）提供不同時(shí)鐘選項(xiàng)。這種發(fā)生器是當(dāng)今系列產(chǎn)品中最靈便的模塊。本文向讀者介紹時(shí)鐘挑選對(duì)于在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低功率運(yùn)行是多么重要。本文介紹了mcg的工作原理，并具體介紹了協(xié)助降低功耗的一些屬性，如鎖相環(huán)（pll）、鎖頻環(huán)（f

2、ll）、分頻系數(shù)，最后研究了這些屬性如何影響時(shí)鐘的精確性。時(shí)鐘考慮時(shí)鐘負(fù)責(zé)在囫圇cpu和其他mcu外圍設(shè)備中提供基本定時(shí)和同步信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)由外部源（如水晶）或內(nèi)部源（如rc）提供。應(yīng)用將終于確定采納哪一種時(shí)鐘源，由于每一種時(shí)鐘源都有自己的優(yōu)勢(shì)。從根本上講，mcu的時(shí)鐘速度越快，該設(shè)備的功耗越高，反之亦然。為了延伸電池供電設(shè)備的壽命或者設(shè)計(jì)更小巧、更容易的電源（針對(duì)市電供電應(yīng)用），降低微控制器的功耗十分重要。時(shí)鐘只是微控制器中影響功耗的眾多特性之一。飛思卡爾的多功能時(shí)鐘發(fā)生器在飛思卡爾的8位mc9s08系列產(chǎn)品中，您可以采納內(nèi)部時(shí)鐘源（ics）、內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（icg）或多功能時(shí)鐘發(fā)生器（mc

3、g），詳細(xì)取決于用戶挑選哪種mcu。在采納飛思卡爾設(shè)備的各種應(yīng)用中，有3種模塊可以用來支持這些應(yīng)用。每一種時(shí)鐘模塊都具有相像的屬性，ics可以被看作是icg的一個(gè)子集，mcg可以被看作是ics和icg的合并。mcg在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了高端應(yīng)用的需求，而ics則恰恰相反，它適合體積較小、對(duì)成本敏感的mc9s08設(shè)備。盡管mcg可提供最廣泛的功能，但有時(shí)結(jié)合用法ics和icg可能并不合適，由于某些應(yīng)用可能只需要ics和icg分離提供的功能。表格1對(duì)這3種時(shí)鐘模塊舉行了容易對(duì)照。1 帶有ics的模塊可能不包含，由于它們可能沒有足夠數(shù)量的針腳。在沒有外部時(shí)鐘源的狀況下，模塊惟獨(dú)3種運(yùn)行模式。2 這些不包

4、括“關(guān)閉”模式。因?yàn)楣δ艿脑鰪?qiáng)，mcg是3種模塊中功能最多的模塊。pll、fll、內(nèi)部或外部生成的參考時(shí)鐘可以為用戶提供多種挑選。圖1顯示了mcg的結(jié)構(gòu)圖。pll電路可以為設(shè)計(jì)人員提供精度最高的時(shí)鐘解決計(jì)劃。它采納了外部振蕩器，但內(nèi)部參考時(shí)鐘可以最大限度地節(jié)省功率。因此我們可以采納8種不同模式運(yùn)行該模塊。用戶可以在他們的應(yīng)用中隨時(shí)在這些模式之間切換：·fll engaged internal（fei）·fll engaged external（fee）·fll bypassed internal（fbi）·fll bypassed external（fb

5、e）·pll engaged external（pee）·pll bypassed external（pbe）·bypassed low power internal（blpi）·bypassed low power external（blpe）每一種運(yùn)行模式的所有詳情不在本文研究范圍之內(nèi)，按照mcg支持的應(yīng)用的不同，上述每一種模式都具有它們獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。不同運(yùn)行模式的功耗互不相同。我們可以這樣說，采納內(nèi)部組件的模式所消耗的功率少于采納外部組件的模式。而mcg包括兩種特地為低功率應(yīng)用設(shè)計(jì)的模式旁通低功耗內(nèi)部（blpi）和旁通低功耗外部（blpe）。驅(qū)動(dòng)bl

6、pi模式的頻率要比blpe 模式低，因此blpi 模式消耗的功率最小。圖2總結(jié)了每一種運(yùn)行模式的功耗。旁通低功耗運(yùn)行模式在這些模式中，fll或pll被旁通，系統(tǒng)時(shí)鐘源從內(nèi)部時(shí)鐘（blpi）或外部參考時(shí)鐘（blpe）中獲得。要了解涉及旁通鎖環(huán)電路的低功耗運(yùn)行模式，我們應(yīng)注重pll/fll的運(yùn)行方式。pll有輸入時(shí)鐘信號(hào)必需經(jīng)過的幾個(gè)階段，3所示。pll的目的是不斷對(duì)照輸入信號(hào)的相位和輸出信號(hào)的相位并調(diào)整浮現(xiàn)的任何差異，從而保持頻率信號(hào)。普通而言，pll包括一個(gè)相位檢測(cè)器、低通過濾器和控制振蕩器（vco）。相位檢測(cè)器對(duì)兩種輸入值的相位舉行對(duì)照并提供與相位差異成比例的輸出，然后這些輸出通過低通過濾器

7、過濾。vco負(fù)責(zé)將頻率輸出轉(zhuǎn)換成相位輸出，最后一個(gè)階段提供輸入反饋（負(fù)的），以便重新開頭囫圇過程。很顯然，保持十分精確的時(shí)鐘源的過程可能需要大量功率。fll的運(yùn)行方式稍有不同，它可以鎖定頻率而不是相位。因此旁通pll（或fll）階段并用法外部/內(nèi)部時(shí)鐘源消耗的功率更低，但代價(jià)是整體時(shí)鐘精確性的下降。挺直時(shí)鐘源的精確性由水晶（外部源）或rc電路（內(nèi)部源）的質(zhì)量打算。這些低功耗旁通模式可以進(jìn)一步降低功耗，由于它們運(yùn)行時(shí)不需要啟動(dòng)后臺(tái)調(diào)試通信（bdc）設(shè)備。這意味著這些運(yùn)行模式下不能舉行調(diào)試。然而，假如需要bdc，該模塊會(huì)自動(dòng)切換到可處理bdc的適當(dāng)旁通運(yùn)行模式（即fbe、fbi或pbe）。因?yàn)?p

8、ll/fll沒有運(yùn)行，導(dǎo)致兩種模式浮現(xiàn)固定頻率范圍。在blpi模式中，內(nèi)部參考生成器 固定為31.25khz-39.06khz，因此總體功耗最低。另一方面，blpe模式的頻率范圍十分大（低范圍：32khz-38.4khz；高范圍：1mhz16mhz），由于pll/fll不會(huì)對(duì)外部參考頻率設(shè)定任何限制。在mcg控制寄存器2中，用戶還可以挑選總線分配器（bdiv）位功能，使時(shí)鐘源可以除以1、2、4或8系數(shù)注重，更低的總線時(shí)鐘速度可進(jìn)一步降低功耗 。mcg控制寄存器 2還包含其他基本位，使模塊可以以低功耗運(yùn)行。低功耗挑選（lp）位控制在旁通模式下是否禁用pll（fll）。這種詳細(xì)操作已在前面研究過。

9、該寄存器還包含一個(gè)高增益振蕩器（hgo）挑選位，可以控制外部振蕩器。用戶定義設(shè)備是否應(yīng)該以高增益還是低功耗運(yùn)行。為了最大限度地降低功耗，低功耗模式將限制振蕩器針腳上的電壓擺動(dòng)，而高增益運(yùn)行會(huì)帶動(dòng)振蕩器針腳上的軌至軌（rail-to-rail）電壓擺動(dòng)。mcg寄存器的其他功能包括mcg狀態(tài)、控制寄存器鎖走失和時(shí)鐘監(jiān)控器位走失。假如發(fā)生鎖/時(shí)鐘走失大事，這些功能會(huì)觸發(fā)中斷/復(fù)位操作。關(guān)閉這些功能可以進(jìn)一步降低功耗，但也會(huì)降低系統(tǒng)的強(qiáng)韌性。結(jié)論mc9s08dz系列產(chǎn)品中目前提供的mcg模塊能夠?yàn)閼?yīng)用設(shè)計(jì)人員提供多種運(yùn)行模式。這些模式都具有不同屬性，適合各種應(yīng)用。pee模式可通過采納外部源（盡管是pll）提供最高的時(shí)鐘精