STM8L15X系列微處理器的超低功耗設計技術

譚 靖

（95478部隊，重慶，400000）

STM8L15X系列微處理器的超低功耗設計技術

譚 靖

（95478部隊，重慶，400000）

近年來，隨著穿戴式智能設備、便攜式電子產品的迅速發展，對微處理器的低功耗提出了更高的要求。文中根據低功耗微處理器的設計特點，對ST公司最近推出的STM8L15X系列微處理器的超低功耗設計技術進行了詳細分析。

微處理器；功耗；低功耗芯片設計

隨著半導體工藝的發展，微處理器中晶體管的數量呈幾何級數增長，且集成度和時鐘頻率也越來越高，導致微處理器的功耗迅速增加。而近年來迅速發展起來的嵌入式應用，不但需要高性能的微處理器，而且對其低功耗也提出了更高的要求。目前，多家芯片廠商都推出了低功耗微處理器，其中ST公司的STM8L15X系列超低功耗微處理器是目前市場上性價比較高、使用較為廣泛的超低功耗微處理器之一，文中將對該微處理器的低功耗技術和性能進行詳細分析。

1 STM8L15X系列微處理器簡介

STM8L15X系列微處理器基于意法半導體加強型RISC內核，16MHz時鐘頻率可達16MIPS。同時片內資源豐富，具有12位ADC和DAC，2路超低電壓比較器，支持多種外設的DMA通道，FLASH高達32KB、RAM高達2KB，并集成了低電壓RTC。

2 STM8L系列微處理器的超低功耗技術

該系列芯片采用了意法半導體自主研發的最新130nm超低漏電流工藝，極大地改善了動態功耗和靜態功耗，性能/功耗比達到新高，在低功耗待機模式下，電流可以降到0.5uA以下。下面詳細分析該系列微處理器的超低功耗設計技術。

2.1 電壓調節器

由于微處理器的動態功耗與工作電壓平方成正比，通過降低工作電壓，能夠將功耗減少到最低。目前多數8位低功耗微處理器的工作電壓為3-6V，而STM8L15X系列微處理器通過內置電壓調節器可以將工作電壓降到1.8V或1.55V，并由用戶根據系統工作情況，對功耗管理模式做出調整，動態調節工作電壓，在不降低性能的同時減耗。

STM8L15X系列微處理器內置了主電壓調節器（MVR）和低功耗電壓調節器（LPVR）。兩種調節器對應了兩種工作模式：正常運行模式和低功耗運行模式。在正常運行模式中，由主電壓調節器產生1.8V工作電源提供給內核和外設，供電能力達到25mA，但自身功耗也比較大。在低功耗運行模式中，由低功耗電壓調節器為微處理器數字部分提供1.55V、200uA電源，此時，不但工作電壓低，而且調節器自身功耗也遠遠低于主電壓調節器。在正常運行模式下，當輸入電壓低于1.8V時，工作電壓將直接由輸入電源提供；在低功耗模式下，由LPVR提供1.55V電壓。

2.2 時鐘頻率和外設時鐘控制

微處理器的總功耗，可以用固定電壓下的工作電流來表示：

式中靜態部分取決于使能外設的數量，動態部分直接與時鐘頻率成正比。因此選擇合理的時鐘類型，設置合適的時鐘頻率，切斷暫時未使用的邏輯模塊時鐘，也能極大減少系統功耗。

STM8L15X系列所用的時鐘源主要有4個：HSE(外部高速晶振)、HIS（內部16M RC振蕩器）、LSE(外部低速晶振)以及LSI（內部38KHz低速振蕩器）。這四個時鐘通過選擇器進行選擇，并通過系統的分頻器進行（1-128）分頻。

在正常運行模式下，所有外設時鐘關閉，程序從RAM中執行，外部供電電壓3V，采用HSI時鐘源，在不同頻率下的典型電流值可用公式2近似表示。

Analysis on Low-power design technology of STM8L15X microcontroller family

Tan Jing
(The 95478 Unit of PLA, Chongqing,400000,China）

In recent years,with the rapid development of wearable smart device,portable electronic products etc,higher requirement for low power consumption of microcontrollers are presented.This paper described the design features of low power microcontrollers,and discussed the advanced technology for Ultra Low Power Consumption used in STM8L15X microcontroller family.

microcontrollers;power consumption;low-power chip design