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Low-power: Como reduzir o consumo de energia do seu produto e aumentar a vida útil da bateria?
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Sobre o palestrante… 
Daniel Rodrigues de Sousa 
Mestrando em Ciências da Computação pela UFABC 
Engenheiro eletricista formado pela Universidade Cruzeiro do Sul - 2001 
Autor dos livros Microcontroladores ARM7 – O poder dos 32 bits, Desbravando o PIC24 – Conheça os Microcontroladores de 16 bits, Desbravando o PIC18 – Recursos Avançados, Desbravando o Desbravando o PIC18 – Ensino Didático, todos pela Editora Érica
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PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70…
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PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70…
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 5 
PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70… 
Duvida? 
http://www.dailymotion.com/video/k7xIgPVURqbpD196rFT?start=199
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Objetivos 
No final desta aula, você será capaz: 
lDefinir o que é baixo consumo, seus diversos modos e como gerenciar eles 
lDiferenciar nanoWatt, nanoWatt XLP Technology, Deep Sleep e outras técnicas low power 
lAnálisar e desenvolver de um sistema com um menor consumo possível 
lIdentificar e escolher o melhor microcontrolador PIC® nanoWatt para sua aplicação
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lO que é Low Power? 
lDefinindo e planejando o consumo 
lTecnologia nanoWatt XLP 
lConsiderações do sistema 
lSumário e referências 
Agenda
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O que é Low Power?
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O que é Low Power? 
Relações usuais 
l Lei de Watt: 
l Lei de Joule: 
l Carga: 
Power(Watts) V(volts) I(amperes) 
Energy(Joules) V(volts) I(amperes) t(sec) 
Definição 
Carga (ampere x segundo) é a corrente utilizada durante um 
determinado período de tempo. Isso é útil para calcular a potência de 
cada fase de uma aplicação, ou a capacidade total de uma bateria. 
q(coulombs) I(amperes) t(sec)
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O que é Low Power? Modos de consumo 
lExistem vários modos de consumo em aplicações com microcontroladores: 
lDinâmico (ou Ativo) 
lClocks do sistema modos de operação 
lParasita, Clock, Periféricos, Core e I/O 
lEstático 
lClocks do sistema desligado 
lParasita e I/O 
lMédio 
lIntegral do consumo usada para completar um ciclo da aplicação
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O que é Low Power? Consumo dinâmico 
Definição 
Consumo dinâmico (ativo) é a potência consumida enquanto a aplicação está ativa e executando tarefas. Este consumo é devido as correntes de chaveamento CMOS em função da frequência e tensão. Consumo adicional é devido aos periféricos e pinos de I/O. 
Power (μA*V) 
Time (μs) 
dynamic 
dynamic 
static 
wake-up
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O que é Low Power? 
Elementos que contribuem para o consumo dinâmico 
input output 
CP+CL 
l Capacitâcia da porta 
l Perdas adicionam capacitâncias 
(CL) 
l Capacitâncias parasita (CP) 
está sempre presente ~5-10pF 
l Perdas por chaveamento CMOS 
l Ambos estão temporariamente 
durante a transição 
l Chaveamento rápido = mais 
tempo = mais fugas 
VDD 
l Fonte de alimentação 
l Menor a tensão, menor é o 
consumo
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 13 
dt 
P VI VCdV 
Para constante V: 
O que é Low Power? 
Elementos que contribuem para o consumo dinâmico 
dt 
I CdV 
P CV2 f 
Capacitância (C) é afetado por 
 Desenvolvimento do chip 
 Seleção do periférico 
Tensão (V) é afetado por 
 Seleção do componente 
Frequência (f) é afetado por 
 Clock do sistema 
 Eficiência do código 
 Perfil de consumo 
 Necessidades da aplicação
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O que Low Power? Consumo estático 
Definição 
Consumo estático é a potência consumida enquanto a aplicação está ligada, mas não ativo (por exemplo, clock do sistema desligado). Esta dissipação de energia vem de fugas transistor inerente a processos CMOS, clock necessário para manter o RTC durante o sleep, supervisores de tensão do sistema, circuitos watchdog, I/O, etc. 
Power (μA*V) 
Time (μs) 
dynamic 
dynamic 
static 
wake-up
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O que é Low Power? Elementos que contribuem para o consumo estático 
Fugas são afetada por: 
lProcesso geometrico: transistores menores significam maior fugas 
lTensão: menor tensão, menor fuga 
lTemperatura: temperaturas mais elevadas aumentam dramaticamente fugas 
source 
drain 
VDRAIN 
VGATE 
VSOURCE 
gate 
Sub-threshold Leakage 
Drain to substrate leakage 
Gate-junction tunneling 
Transistores menores aumentar o consumo estático, mas isso pode ser compensado pelo menor consumo dinâmico, uma vez que pode operar a uma tensão mais baixa.
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Comparação do processo tecnológico e potência consumida 
lAN1416
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O que é Low Power? 
Consumo médio 
( ) ( ) 
1 
active active active static static static 
cycle 
avg V I t V I t 
t 
P 
Definição 
Consumo médio é a energia consumida através de um ciclo 
completo quando operando em ambos os estados de operação 
estática e ativa. O consumo médio inclui a quantidade de tempo gasto 
em cada estado, bem como o tempo de transição necessário para 
alternar entre os modos dinâmicos e estáticos. 
Power (μA*V) 
Time (μs) 
dynamic dynamic 
static 
wake-up
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 18 
O que é Low Power? Medindo o consumo 
lMultímetro 
lMedir o valor RMS da corrente 
lTipicamente na escala de 20nA-100nA 
Vdd 
3.3V 
device under test 
Vdd 
3.3V 
device under test 
Rshunt 
lOsciloscópio com resistor shunt no VDD 
lMedidas e exibe perfil de energia 
lValor do Rshunt deve ser escolhido com cuidado 
l10Ω-100Ω 
lValor alto de Rshunt causa BOR 
lVDD Descarga do capacitor 
lMedida da taxa de descarga I=C(ΔV/ Δt) 
lÚtil para medição de corrente muito baixa 
device under test 
Vdd 
3.3V 
10μF
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Definindo e planejando o consumo
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Definindo e planejando o consumo Analisando a aplicação 
lQuebre a aplicação em fases 
lCalcule a corrente utilizada nessas fases 
lDeterminar quanto tempo deve ser gasto em cada fase 
lCalcular a energia consumida por cada fase 
lCalcula-se a potência média de toda a aplicação 
lEle pode ser baixado por gastar menos tempo no modo ativo? 
lPode tensão, fonte de clock ou modos de baixo consumo pode ser alterado em qualquer uma das fases? 
lIdentificar os piores casos e revisita 
lDiferentes combinações de modo pode ser usado? 
lTraçar o perfil de energia 
lConstruir, medir e confirmar o perfil de energia
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AGENDAMENTO 
Wake-up, fontes de transição, 
controle de loop, gerenciamento 
de clock e comutação 
SAIDA 
PROCESSO 
Quebre a 
aplicação em 
fases 
AQUISIÇÃO 
Definindo e planejando o consumo 
Analisando a aplicação
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Definindo e planejando o consumo 
Diagrama em blocos de uma típica aplicação 
1. Leitura de sensores 
2. Escrita na EEPROM 
3. Escrita no LCD 
4. Aguardar 5s (RTCC) 
5. Repete 
Analog. 
Sensor de 
Temp. 
MCP9700 
RTCC 
INT0 I2C™ 
EEPROM 
24AA256 
INT1 
INTO SC 
16 MHz 
INTO SC 
31 kHz 
SOSC 
POS C 
T1OSC 
MSSP2 
MSSP1 
CORE 
3.3V 
S2 
32kHz 
8Mhz 
S3 
PIC18F 
ADC 
Potenciometro
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 23 
Definindo e planejando o consumo Perfil de consumo 
lRun A – Escrita na EEPROM (5ms @ 3mA) 
lRun B – Ler sensor de temperatura (800μs @ 6μA) 
lLoop/Sleep/Idle/Deep Sleep por (10s) 
lRun clock pode ser mudado dinamicamente 
lTensão de operação também pode ser alterado dinamicamente 
NOT TO SCALE 
Minimizar as áreas sob a curva 
Power (μA*V) 
Time (μs) 
idle 
wake-up 
RUN A 
RUN B 
RUN A 
RUN B
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 24 
Definindo e planejando o consumo nanoWatt XLP Battery Life Estimator 
Select Device & Parameters 
Novos dados do dispositivo fornecido com novas revisões, ou você pode criar arquivos. 
Por exemplo:“PIC18LFxxJ11.csv” 
Digite modos perfil potência 
Review & Salvar 
Select Battery 
Novos dados da bateria pode ser adicionado, modificando“CustomBattery.csv”
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Definindo e planejando o consumo Uma das muitas soluções possíveis 
É uma possível solução?
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Tecnologia nanoWatt XLP
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 27 
nanoWatt XLP Recursos úteis de gerenciamento de energia 
lFlexibilidade 
lVárias opções de clock 
lVelocidades dinamicamente configurável e fontes 
lPeriféricos equipados para os modos de baixa potência 
lOpções de periféricos e wake-up, opções de configuração para os modos de baixa potência 
lOsciladores de baixo consumo 
lMarcação de tempo com WDT, Timer1 ou RTCC sem quebrar o planejamento de consumo 
lBaixa corrente de fuga entrada digital 
lTipicamente < 50nA, alguns menor que 5nA 
lMinimiza o consumo estático 
lRápido tempo de wake-up 
lMinimiza o tempo perdido na zona de transição de wake-up
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 28 
nanoWatt XLP nanoWatt Technology (2003) 
lTecnologia nanoWatt 
lIntroduzido em 2003 
lPadrão para todos os novos MCUs Microchip desde 2003 
lAfetadas pelo design de chips, processos de fabricação, mistura de periféricos e clock e capacidades de teste 
lDefinido como: 
lStandby (Sleep mode) power < 1μW 
l@3V Ipd < 333nA (PIC24H) 
l@2V Ipd < 500nA (PIC16,PIC18,PIC24F) 
Definição 
nanoWatt Technology 
Conjunto de técnicas proprietárias da Microchip usados para projetar microcontroladores capazes de consumo de energia abaixo 1μW em modo standby (Ipd).
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lIDLE mode 
lCPU OFF, Periféricos ON 
lOn-chip, oscilador RC de alta velocidade (INTRC) com PLL e postscaler programável. Possui: 
lInicialização rápida em 1μs-5μs 
lDuas velocidade de start up (inicia em INTRC, depois chaveia para o cristal) 
lVelocidade de clock ajustável dinamicamente 
lExtended WDT 
lO tempo máximo de estouro de18ms a 131s 
lTimer1 Low Power (TMR1) e oscilador secundário de 32 kHZ (SOSC) 
lBOR Low Power configurável por SW 
lBOR padrão foi redesenhado para consumir menos energia 
lSoftware pode desligá-lo quando não for necessário, ex. durante Modo Sleep 
nanoWatt XLP nanoWatt Technology (2003)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 30 
Tempos típicos de Wake-up para diferentes osciladores 
lAN1416
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 31 
nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2009) 
lnanoWatt XLP (eXtreme Low Power) 
lIntroduzido em 2009 como a próxima geração de nanoWatt 
lPortas de baixa corrente de fuga empregado em todo dispositivo 
lDesenvolvimento e processos de fabricação sintonizados para baixo consumo 
lIntrodução de periféricos de baixo consumo 
lDefinido como: 
lSleep: 100nA ou menor até 9nA 
lReal-Time Clock Calendar (RTCC): 800nA ou menor até 200nA 
lWatchdog Timer (WDT): 800nA ou menor até 450nA 
Definição 
nanoWatt XLP (eXtreme Low Power) Technology 
Conjunto de técnicas proprietárias da Microchip usados para projetar microcontroladores capazes de consumo de energia abaixo 100nA em modo standby, 800nA rodando RTCC e 800nA rodando WDT. 
Requiremento Melhor especificação
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 32 
lDeep Sleep (DS) 
lDeep Sleep Brown-Out Reset (DSBOR) 
lDeep Sleep Watchdog Timer (DSWDT) 
lEntradas com baixa corrente de fuga 
lEspecificações a 60C para aplicações com bateria 
Exemplo de melhoria da vida útil da bateria(25°C) 
Tipo de bateria: Coin Cell (moeda) (CR2032) 
1ms RUN a 1MHz, em seguida Deep Sleep com RTCC habilitado 
PIC24FXXKA com nanoWatt XLP - Acima de 20 anos! 
nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2009)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 33 
nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2012) 
Melhorias de partes XLP: 
lRetention regulator (VRET) 
lPermite modelos XLP trabalhe em 5V 
lPermite modelos XLP com processos de silício menores 
lPino VBAT para bateria de backup 
lAutomação periférica melhorada e trigger 
lRetira carga de operação para gerenciamento de periféricos 
lADC Auto-scan 
lDMA (Direct Memory Access)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 34 
nanoWatt XLP Duplo Brown-Out Resets 
lBrown-Out Reset (BOR) 
lStandard nanoWatt BOR 
lAlguns dispositivos podem chamar LPBOR 
lConfigurável para quatro níveis de tensão 
lConsumo típico de ~5μA 
lLow Power BOR (LPBOR) 
lDisponível em adição ao BOR no PIC18 e PIC24 com modo Deep Sleep 
lTensão fixa em ~1.8V 
lAlguns devices com corrente de 5nA
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 35 
nanoWatt XLP Watchdog Timers duplo 
lWatchdog Timer (WDT) 
lStandard nanoWatt WDT 
lIΔWDT até 500nA 
lTime out: 1ms–131s 
lDeep Sleep WDT (DSWDT) 
lDisponível em adição ao WDT em devices com modo Deep Sleep 
lÚtil para aplicativos que estão inativas por longos períodos de tempo 
lDSWDT permanece ativo em modo Deep Sleep 
lIΔWDT até 370nA 
lTime-out: 2.1ms-25.1 days
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 36 
nanoWatt XLP Modulo de cotrole de periféricos 
lPeripheral Enable Bits 
lLocalizado no SFRs controle de cada periférico 
lAtiva / desativa a funcionalidade para cada periférico 
lRegistradores de controle ainda estão disponíveis para leitura e escrita 
lexemplo : AD1CON1<ADON> 
lAlguns de devices possuem ainda o Peripheral Module Disable (PMD) 
lLocalizado nos registradores PMD 
lDesabilita todas as fontes de clock para cada periféricos 
lRemove alimentação dos registros de controle e status correspondente 
lexemplo: PMD1<ADC1MD>
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 37 
Modos Low Power
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 38 
Modos Low Power 
Modos de operação 
l RUN [active power] 
l Core & Periféricos com clock do sistema 
l Corrente típica de 50-360μA/MHz (3V, 25°C) 
l LP INTRC (31kHz) é menor que 8μA (1.8V, 25°C, PIC24F04KA201) 
l DOZE (some devices) [active power] 
l Core com consumo menor que periféricos, periféricos full speed 
l Tipicamente 35%-75% da corrente do modo RUN 
l IDLE (some devices) [active power] 
l Core OFF, peripherals ON 
l Tipicamente 25% da corrente do modo RUN 
l SLEEP [static power] 
l Tipicamente100nA (3V, 25°C) 
l A 85°C menor que 1.35μA (1.8V, 85°C,PIC24F04KA201) 
l DEEP SLEEP (alguns devices) [static power] 
l SRAM, VREG, VBOR, RTCC off 
l Tipicamente 35nA (3V, 25°C) 
Increasing Battery 
Life
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 39 
nanoWatt XLP modos de operação – olhando com mais atenção 
PIC16 
PIC18 
PIC24 
RUN 
All systems running 
 
 
 
DOZE 
CPU slower than peripherals 
 
IDLE 
CPU off, Peripherals on 
 
 
SLEEP 
System clock off 
 
 
 
RETENTION SLEEP 
VREG off, VRET on 
 
 
DEEP SLEEP 
RAM off, VREG off 
 
 
 certamente nanoWatt XLP
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 40 
nanoWatt XLP PIC16 XLP - opções de clock 
PIC16 XLP – opções de clock 
Secondary OSC 
Primary OSC 
Internal RC 
16MHz 500kHz 31kHz 
4X PLL 
POSTSCALER 
(31kHz to 16MHz) 
... 
CPU & Peripherals 
SLEEP 
RUN 
WDT, PWRT 
& FSCM 
Optional Peripheral Clock Source
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 41 
nanoWatt XLP PIC18 XLP - opções de clock 
PIC18 XLP – opções de clock 
Secondary OSC 
Primary OSC 
4X PLL 
POSTSCALER 
(31kHz to 16MHz) 
... 
Peripherals 
CPU 
SLEEP 
RUN 
WDT, PWRT 
& FSCM 
Optional Peripheral Clock Source 
Internal RC 
16MHz 500kHz 31kHz 
IDLE
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 42 
Primary OSC 
nanoWatt XLP PIC24 XLP - opções de clock 
PIC24 XLP – opções de clock 
Secondary OSC 
Internal RC 
8MHz 500kHz 31kHz 
4X PLL 
POSTSCALER 
(1.95kHz to 8MHz) 
... 
CPU 
POSTSCALER 
DOZE 
Ext. Clock Output 
WDT, PWRT 
& FSCM 
Optional Peripheral Clock Source 
Peripherals 
SLEEP 
RUN 
IDLE
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 43 
nanoWatt XLP Run Mode 
Todos os recursos ativo 
Clock do sistema dinamicamente reconfigurável 
CPU 
RAM 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
VREG 
SOSC 
Post-Scaler
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 44 
nanoWatt XLP Chaveamento de clock 
CPU 
RAM 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
VREG 
SOSC 
Post-Scaler 
Múltiplas fontes de clock 
Pode mudar dinamicamente 
Afeta todas as partes do chip
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 45 
nanoWatt XLP Chaveamento de clock 
lRetardar o clock pode economizar mais energia do que Idle/Doze modes 
lRetardar clock afeta todas as áreas do chip 
lTwo speed startup 
lInicialização do INTRC em 1μs-5μs 
lChaveamento do cristal é necessário 
lRoda no modo INTRC enquanto aguarda o PLL travar 
lÚtil quando à espera de eventos externos ou periféricos lentos, como ADC, comparadores, portas de comunicação, etc.
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 46 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
VREG 
SOSC 
nanoWatt XLP Doze Mode 
CPU e memória roda com um clock mais lento 
Periféricos podem rodar com o clock do sistema 
35-75% do Run Mode 
Post-Scaler 
CPU 
RAM 
Flash
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RAM 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
VREG 
SOSC 
Post-Scaler 
nanoWatt XLP Idle Mode 
CPU é desligada 
Periféricos continua ligado 
25% do Run Mode 
CPU
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nanoWatt XLP Idle & Doze Modes 
lQuando os modos Idle ou Doze modes deve ser usado? 
lSubstitua loops while(!Interrupt) 
lLentidão enquanto aguarda o periférico ou uma interrupção 
lQuando são necessários tempos curtos com cortes de energia que requerer um wake-up rápido 
le.g. wake-up menor que ~1 ciclo de instrução 
lTempo de transição é mínima 
lDurante as transferências de DMA 
lQuando a aplicação deve continuamente amostrar ou comunicar
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 49 
nanoWatt XLP Sleep Mode 
50-100nA sem regulador 
3-5μA com regulador interno 
Clock do sistema, CPU desligados 
RAM permanece ligado 
Reguladores ligados 
Alguns periféricos podem ser configurados para serem executados durante o sleep 
CPU 
RAM 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
VREG 
SOSC 
Post-Scaler
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nanoWatt XLP Retention Sleep Mode 
100-300nA com regulador de retenção 
Relógios do sistema, CPU desligado 
RAM permanece ligado 
VREG principal é desligado 
Low-power VRET é ligado 
CPU 
RAM 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
VDDCORE 
SOSC 
Post- Scaler 
VRET 
VREG 
POSC
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nanoWatt XLP Retention Sleep Mode 
lAlimentado por regulador low power alternativo chamado Retention Regulator 
lFornece saída de tensão mais baixa para o núcleo 
lBaixa corrente quiescente, mas corrente de saída limitada 
l100-300 nA corrente quiescente 
lMáxima corrente de saída d e 15 uA 
VREG 
VRET 
3V Devices 
1.8 V 
1.2 V 
5V Devices 
3.3 V 
2.5 V
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nanoWatt XLP Retention Sleep Mode 
lSimilar ao modo Sleep 
lRAM e SFRs mantidos 
lContinua a operação após instrução PWRSAV 
lTodas as fontes de wakeup disponíveis 
lDiferente do modo Sleep 
lUso do periférico é limitada pela corrente de de saída do regulador 
lTempo de wakeup longo: requer tempo de para o VREG reiniciar de ~100 μs
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nanoWatt XLP Deep Sleep Mode 
<50nA 
RAM é desligado 
Reguladores são desligados 
Alguns periféricos de continuar a executar em Deep Sleep 
DSBOR 
DSWDT 
RTCC 
INT0 
CPU 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
T1OSC 
POSC 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDD 
SOSC 
Post-Scaler 
RAM 
VDDCORE 
VREG 
DSGPR (2) 
DSBOR 
DSWDT 
INT0 
RTCC
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 54 
nanoWatt XLP Deep Sleep Mode 
lAlimentação do core é desligada 
lIsso causa perda de memória RAM, SFR e contador de programa 
lDois registradores DSGPR são fornecidos para manter variáveis durante Deep Sleep 
lTempo de wake-up inclui o tempo de subida do regulador de tensão (usando Vreg interno) 
lWake-up causa Power-On Reset (POR) 
lSleep padrão 
lContinua a execução no ponto onde ocorreu o sleep 
lDeep Sleep não acorda com a limpeza do contador de programa 
lEstado dos I/O são mantidos
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 55 
Deep Sleep Quando o DS é efetivo? 
lQuando a aplicação: 
lFica boa parte do tempo desligado 
lTipicamente maior que 1s 
lÉ inativo por longos período de tempo 
lRequer timekeeping exato com corrente mínima 
lFunciona em temperaturas extremas 
lRequer pequeno grupo de periféricos ativos
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 56 
Deep Sleep Break-Even Time 
lBreak-Even Time 
lDS desliga o core, SRAM & regulador de tensão 
lNo wake-up após DS: 
lRegulador de tensão é ligado 
lCompleta o ciclo POR 
lClock é ligado 
lContexto é restaurado 
lTempo de Wake-Up torna-se dominante 
lPara tempos de sleep curto, o modo sleep padrão é a melhor escolha 
Definição 
Break-Even Time 
O ponto onde o Deep Sleep consome menos que o Sleep
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 57 
PIC18F46J11 
on-chip LDO off 
DEEP SLEEP 
1s 
10s 
100s 
1000s 
Tempo entre eventos de Wake-up 
Corrente média 
Deep Sleep Quando usar o Deep Sleep? 
Tbreak-even 
Use DS quando o tempo entre os eventos wake-up é maior que o tempo que demora a acordar do DS e liguar o LDO 
PIC18LF46J11 
NO on-chip LDO SLEEP 
54nA 
PIC18F46J11 
On-chip LDO ON 
SLEEP 
3.1μA 
13nA 
70nA 
420nA 
3.9μA 
PIC18F46J11 
On-chip LDO OFF 
DEEP SLEEP
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 58 
nanoWatt XLP Sumário dos modos 
Modes 
Active Clocks 
Active Peripherals 
Wakeup 
Sources 
Typical 
Current 
Typical Usage 
RUN 
All 
All 
DOZE 
All 
All 
All 
Software wake-up 
~50% of Run Current 
Applications with high-speed peripherals requiring low CPU use 
IDLE 
Peripheral Clocks 
Timer1 
Secondary OSC 
INTRC 
LPRC 
ADC RC 
All 
All 
~25% of Run Current 
Anytime device is waiting for an event 
SLEEP 
Timer1 
Secondary OSC 
INTRC 
LPRC 
ADC RC 
RTCC 
WDT 
BOR 
HLVD 
Timer 1 
INTx 
ADC 
CVREF 
Comp 
Serial RX 
MCCP 
CLC 
All 
50-100 nA w/o regulator 
3-5 uA with regulator 
Most low-power apps 
RETENTION 
SLEEP 
Timer1 
Secondary OSC 
INTRC 
LPRC 
ADC RC 
RTCC 
WDT 
BOR 
HLVD 
Timer 1 
INTx 
ADC 
CVREF 
Comp 
Serial RX 
MCCP 
CLC 
All 
100-300 nA 
5V Low-power applications 
Low-power in high performance applications 
DEEP 
SLEEP 
Secondary OSC 
LPRC 
RTCC 
DSWDT 
DSBOR 
INT0 
RTCC 
DSWDT 
DSBOR 
INT0 
MCLR 
ULPWU 
< 50 nA base 
Peripherals add incremental current 
Long-life battery based applications, applications with long sleep times
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 59 
Considerações do sistema
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 60 
Considerações do sistema Eficiência de instrução 
lQuantos instrução ciclos leva para executar uma tarefa? 
lNem todas as arquiteturas são igualmente eficientes 
lBenchmarks de avaliação como o EEMBC’s CoreMark são usados para análise 
lCompilado e benchmark com simulador 
lCompilado e medido no hardware 
lFerramenta de desenvolvimento de 16 bits nanoWatt XLP Evaluation board usado para a análise 
lNão pare na primeira página do data sheet 
μA/MHz não conta toda a história!
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 61 
Considerações do sistema Exemplo de eficiência de instrução 
lExceto a multiplicação, maior parte das instruções PIC16 e PIC18 são equivalentes 
lPIC18 possui um hardware de multiplicação 8x8, um ciclo de máquina de execução. 
lPIC16 emula multiplicação 
lQuanta energia é necessária para realizar uma multiplicação de 8x8? 
lPIC16LF727 @1MHz @1.8V @25C 
l80μA/MHz 
lInstruction cycle @1MHz = 4μs 
l62 instruction cycles = 248μs 
l80μA * 1.8V = 144μW 
l144μW * 248μs = 35.7nJ 
lPIC18LF46J11 @1MHz @2.0V @25C 
l275μA/MHz 
lInstruction cycle @1MHz = 4μs 
l5 instruction cycles = 20μs 
l2.0V * 275μA = 550μW 
l550μW * 20μs = 11nJ 
#include <htc.h> 
unsigned char A,B; 
unsigned int C; 
void main (void) 
{ 
A = 2; 
B = 4; 
C = (unsigned int)A * (unsigned int)B; 
}
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 62 
Considerações do sistema Eficiência de instrução 
Note: 
Competitor 16-bit MCU family at 16 MIPS - Speed & Size trade off = 5 
PIC24F family at 16 MIPS using MPLAB® C Compiler for PIC24F with Optimization level O3 
0123456 A2TFFTFIRIFFTBaseFPBit ManipulationCANIDCTIIRPointersPWMRspeedTBL look upTTSparkMatrix Arith Industry Standard Benchmark Algorithms Normalized Execution Time PIC MCUCompetitor
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Consumo de perifpericos comuns
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 64 
Considerações do sistema Trigando periféricos e automação 
lPeriféricos com automação 
lADC 
lAuto sample e conversão 
lLimiar de varredura e comparação 
lDirect Memory Access (DMA) 
lPeriféricos com Trigger avançado 
lMaster Capture Compare Peripheral (MCCP) 
lConfigurable Logic Cell (CLC) 
lCharge-Time Measurement Unit (CTMU)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 65 
Considerações do sistema Trigando periféricos e automação 
lReduzir a carga de processamento ao mover a carga periféricos 
lDMA permite a transferência de dados sem intervenção da CPU 
lReduza a potência, diminuindo a frequência de wakeup da CPU 
lTrigger de disparo de alguns periféricos sem o uso da CPU 
lThreshold-scan ADC permite conversões e comparações sem acordar
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 66 
Considerações do sistema Seleção de baterias 
lQuímica da bateria é fundamental 
lCélulas de lítio 
lAuto-descarga muito baixo para uma boa vida útil (de prateleira) 
lLimites de corrente maxíma muito baixo 
lResistência interna elevada. Correntes de pico de alta tensão diminui vida útil 
lNovo! Células Lithium AAA 
lFaixa útil corresponde à faixa de tensão da maioria dos microcontroladores 
lResistência interna baixa. Suportar altas correntes de pico 
lAuto-descarga baixa - longa vida útil 
lPilhas alcalinas 
lAlta capacidade e alta corrente de dreno suportados 
lCapacidade cai como a subida da corrente 
lCélulas secundárias (recarregável NiCd, NiMH, etc) 
lAuto-descarga alta 
lNecessitam de recarga frequente ainda que a aplicação é muito baixo consumo de energia
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 67 
Considerações do sistema Lithium AAA 
1 
2 
Source: http://data.energizer.com/PDFs/l92.pdf 
lPara uma aplicação de lítio típica funcionando em temperatura ambiente (20-25ºC): 
lO MCU deve operar abaixo 3V (2 x 1,5V) {ponto 1 do gráfico} 
lMaximização da vida da bateria significaria ser capaz de rodar abaixo de 1,8V (2 x 0,9V) {ponto 2 do gráfico} 
lOperação segura com faixa de operação
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 68 
Considerações do sistema Especificação de bateria a 60C 
lBaterias como a maioria dos produtos químicos são especificadas até 60C 
lDevices nanoWatt XLP incluem agora ponto de especificação nos dados a 60C
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 69 
Considerações do sistema Pino VBAT Battery Backup 
lFornece via separada para bateria de backup do RTCC 
lVBAT é chaveado quando VDD é removido 
VBAT 
CPU 
Flash 
INTRC 
HS 
INTRC 
LP 
Peripherals 
RTCC 
WDT 
BOR 
Analog 
Timer 
1 
INT 
0 
VDDCORE 
Post- Scaler 
VRET 
VREG 
POSC 
SOSC 
DSGPR (2) 
RTCC 
VDD 
RAM 
T1OSC 
SOSC
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 70 
Considerações do sistema Pino VBAT Battery Backup 
lPermite o uso de bateria de backup sem componentes externos 
lRoda RTCC e mantém dois registradores de dados 
lVBAT sai quando é reaplicado VDD 
lNo modo VBAT outros periféricos estão desligados 
lTodos I/O deve ser desenergizado 
lRecomendam não alimentar outros circuitos VBAT battery 
Modo VBAT pode ser desligado via configuração 
VBAT pin deve ser ligado a VDD quando desativado
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 71 
Considerações do sistema Gerenciando Circuito de Alimentação Externa 
Todos os circuitos são sempre alimentado 
O gerenciamento de energia baseia-se em modos de espera individuais 
Analog. 
Sensor 
de Temp. 
MCP9700 
I2C™ 
Serial 
EEPROM 
24AA256 
3.3V 
S2 
32kHz 
8Mhz 
S3 
Saída de alta corrente
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 72 
Considerações do sistema Gerenciando Circuito de Alimentação Externa 
Microcontrolador PIC® pode fornecer energia diretamente de pinos I/O, se necessário 
FET pode ser usado para circuitos de alta corrente ou de diferentes tensões 
Analog. 
Sensor de 
Temp. 
MCP9700 
I2C™ 
Serial 
EEPROM 
24AA256 
3.3V 
S2 
32kHz 
8Mhz 
S3 
Saída de alta corrente 
GPIO 
GPIO 
GPIO
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 73 
Considerações do sistema Redução de tensão 
lRedução da tensão impacta nas correntes estática e dinâmica 
lRequer uso de reguladores de tensão com tensão baixa 
lConsidere a redução Vdd com reguladores de tensão programável enquanto no modo sleep ou idle 
3.30V 
15μA 
3mA 
32kHz 
11mA 
2.50V 
8μA 
2mA
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 74 
Considerações do sistema Alimentação 
lAlguns devices nanoWatt XLP dispositivos baseiam-se no processo de baixa tensão: 
lCore requer 2,5V ou 1,8V 
lConexão de tensão 3,3V ou I/O logico requer regulador de tensão low dropout voltage (LDO) 
lAlguns devices F possui LDO interno 
lDevices LF usualmente não possui 
lOpções: 
lUse devices F com LDO interno 
lAplicações com 2,5V (ou 1,8V) I/O e alimentação 
lUse múltiplas fontes de alimentação 
(Regulator Enabled) 
(no Regulator)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 75 
Considerações do sistema Gerenciando VDDCORE 
lEscolher com cuidado o sistema low drop out regulator pode resultar em baixa corrente estática 
lPIC18F46J11 LDO quiescent current ~3μA 
lMCP1702 external LDO quiescent current ~2μA 
lPara aplicações de baixa corrente, LDO externo pode ser melhor escolha 
MCP1702 Linear Regulator Specifications: 
2.0 μA typical quiescent current 
2.7V-13.2V input voltage 
Low Dropout Voltage: 650mV (typ) @250mA 
0.2%/V Line regulation 0.2%/V 
Short Circuit & Thermal Shutdown protection
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 76 
Considerações do sistema Minimizar acesso da RAM 
lLeitura de memória RAM (dados) requer mais energia do que a leitura de memória FLASH (código) 
Standard_Routine: // compiles to 3 instructions 
while(!_T1IF) i++; 
19.1 mA 
lA rotina lê _T1IF (Timer1 interrupt flag) escreve em I cada iteração do loop. 
lAt 32MHz: 
lTempo de laço é 187ns 
lCorrente média medida é 19,1mA enquanto neste loop 
lEle vai ler e escrever RAM duas vezes a cada 187ns 
lO aplicativo realmente precisa deste tempo de resposta?
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 77 
Considerações do sistema Minimizar acesso RAM 
Low_Power_Routine: // compiles to 8 instructions 
while(!_T1IF){ 
i++; 
Nop(); 
Nop(); 
Nop(); 
Nop(); 
Nop();} 
16.4 mA 
lA 32MHz tempo loop é 500ns 
llê e escreve RAM duas vezes a cada 500ns 
lNota melhoria de 2,5 mA 
lRedução da corrente de ~ 13%, adicionando cinco NOPS!
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 78 
Considerações do sistema Recomendação sobre I/Os 
lUse pull-ups internos para botões 
lPull-ups internos podem ser desabilitados após detecção 
lUse de-bouncing por SW 
lElimina picos de corrente em comparação ao uso de circuito RC 
lUse LEDs de altro brilho 
lDriver com corrente muito menor do que a corrente nominal 
lPWM em vez de acionamento direto 
lLEDs de alto brilho podem ser visíveis com corrente muito baixa (100uA)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 79 
Considerações do sistema Recomendação sobre I/Os 
lSe possível use resistores de pull-up com maior valor possível 
lRede de resistores ligados a um pino comum 
lLigue o I/O quando necessário 
lUse capacitores com baixa corrente de fuga 
lTantalo possui altas correntes 
lPode ser maior que 1μA @10μF 
lCerâmicos possem correntes baixas 
l~20nA @10μF 
lUse capacitores de bypass com modereação 
lMantenha trilhas curtas 
Modelo equivalente do capacitor
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 80 
Considerações do sistema Elimine I/Os em flutuação 
lPinos CMOS em flutuação 
lFlutua em VDD/2 
lAltas corrente de fuga 
lSinais externos podem ser introduzidos no pino 
lElimine pinos em flutuação 
lSetar pinos I/O não usados como saída 
lColecar em nível zero 
Típico caso 
Pior caso 
1 pino em flutuação 
35 μA 
0.5 mA 
2 pino em flutuação 
65 μA 
1 mA 
10 pino em flutuação 
305 μA 
5 mA
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 81 
Considerações do sistema Redução do tempo de Wake-Up 
lCristais: 
lAguarda1024 ciclos para start up confiável 
lGarante que o cristal é para cima e estável 
lCaracterística extremamente importante para a confiabilidade em toda variedade de temperatura e arranque de condições 
lEstabiliza 32ms @32kHz, 64μs @ 8MHz 
lPode ser significativamente mais longo - sob determinadas condições ambientais podem ter até 1s 
lInternal RC (INTRC) Oscillators: 
lPode acordar entre 1μs-5μs 
lTwo-Speed Start-Up Mode 
lWake-up com INTRC 
lAlguns dispositivos possuem precisão INTRC de 0,25% 
lMudar para cristal quando estiver pronto se a precisão PPM é necessária
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 82 
Considerações do sistema Abaixando a corrente ativa 
lDesabilite a periféricos não usados 
lTodos os periféricos on-chip tem alguns bits de controle ou bits PMD para desativar 
lOtimizando o código pelo compilador 
lExperiência com combinações de velocidade, tamanho do código e otimizações de uso RAM 
lOlhe para a execução mais rápida em menor tamanho do código com acesso mínimo RAM 
lMeça o tempo de execução de seu algoritmo 
lPor exemplo: 
l32MHz em diferentes plataformas pode não ser igual tempo mesma execução 
l90% das instruções do PIC® são executadas em um ciclo de máquina 
lSimulador disponível no MPLAB® IDE
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 83 
Considerações do sistema Abaixando a corrente ativa 
lConsidere o uso de periféricos SPI ao invés de I2C™ 
lSem uso de resistores de pull-up 
lRápido 
lMenor consumo dinâmico 
lReduz tempo de loop 
lMuitos periféricos como EEPROM tem dos dois tipos
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 84 
Sumário
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 85 
nanoWatt XLP Microcontroladores Extreme Low Power 
Hundreds of XLP Devices!
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 86 
C Compilers 
Available from Microchip 
Available in free evaluation versions 
XLP 8-bit Development Board (DM240313) 
PIC18F87K22 PIM (MA183032) 
PIC18F46J11 PIM (MA180023) 
PIC16LF1947 PIM (MA160015) 
Sumário Ferramentas nanoWatt XLP 
XLP 16-bit Development Board (DM240311)
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 87 
Sumário Referências 
PIC24F Family Reference Manual
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 88 
Sumário XLP Home Page 
www.microchip.com/xlp
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 89 
Sumário 
Hoje você aprendeu: 
lDefinir o que é baixo consumo, seus diversos modos e como gerenciar eles 
lDiferenciar nanoWatt, nanoWatt XLP Technology, Deep Sleep e outras técnicas low power 
lAnálisar e desenvolver de um sistema com um menor consumo possível 
lIdentificar e escolher o melhor microcontrolador PIC® nanoWatt para sua aplicação
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 90
© 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 91 
Obrigado! 
http://www.portalmcu.com.br 
@PortalMCU 
https://www.facebook.com/portalmcu 
daniel_rsousa@hotmail.com
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  • 1. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 1 Low-power: Como reduzir o consumo de energia do seu produto e aumentar a vida útil da bateria?
  • 2. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 2 Sobre o palestrante… Daniel Rodrigues de Sousa Mestrando em Ciências da Computação pela UFABC Engenheiro eletricista formado pela Universidade Cruzeiro do Sul - 2001 Autor dos livros Microcontroladores ARM7 – O poder dos 32 bits, Desbravando o PIC24 – Conheça os Microcontroladores de 16 bits, Desbravando o PIC18 – Recursos Avançados, Desbravando o Desbravando o PIC18 – Ensino Didático, todos pela Editora Érica
  • 3. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 3 PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70…
  • 4. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 4 PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70…
  • 5. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 5 PIC – O melhor microcontrolador desde a década de 70… Duvida? http://www.dailymotion.com/video/k7xIgPVURqbpD196rFT?start=199
  • 6. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 6 Objetivos No final desta aula, você será capaz: lDefinir o que é baixo consumo, seus diversos modos e como gerenciar eles lDiferenciar nanoWatt, nanoWatt XLP Technology, Deep Sleep e outras técnicas low power lAnálisar e desenvolver de um sistema com um menor consumo possível lIdentificar e escolher o melhor microcontrolador PIC® nanoWatt para sua aplicação
  • 7. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 7 lO que é Low Power? lDefinindo e planejando o consumo lTecnologia nanoWatt XLP lConsiderações do sistema lSumário e referências Agenda
  • 8. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 8 O que é Low Power?
  • 9. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 9 O que é Low Power? Relações usuais l Lei de Watt: l Lei de Joule: l Carga: Power(Watts) V(volts) I(amperes) Energy(Joules) V(volts) I(amperes) t(sec) Definição Carga (ampere x segundo) é a corrente utilizada durante um determinado período de tempo. Isso é útil para calcular a potência de cada fase de uma aplicação, ou a capacidade total de uma bateria. q(coulombs) I(amperes) t(sec)
  • 10. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 10 O que é Low Power? Modos de consumo lExistem vários modos de consumo em aplicações com microcontroladores: lDinâmico (ou Ativo) lClocks do sistema modos de operação lParasita, Clock, Periféricos, Core e I/O lEstático lClocks do sistema desligado lParasita e I/O lMédio lIntegral do consumo usada para completar um ciclo da aplicação
  • 11. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 11 O que é Low Power? Consumo dinâmico Definição Consumo dinâmico (ativo) é a potência consumida enquanto a aplicação está ativa e executando tarefas. Este consumo é devido as correntes de chaveamento CMOS em função da frequência e tensão. Consumo adicional é devido aos periféricos e pinos de I/O. Power (μA*V) Time (μs) dynamic dynamic static wake-up
  • 12. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 12 O que é Low Power? Elementos que contribuem para o consumo dinâmico input output CP+CL l Capacitâcia da porta l Perdas adicionam capacitâncias (CL) l Capacitâncias parasita (CP) está sempre presente ~5-10pF l Perdas por chaveamento CMOS l Ambos estão temporariamente durante a transição l Chaveamento rápido = mais tempo = mais fugas VDD l Fonte de alimentação l Menor a tensão, menor é o consumo
  • 13. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 13 dt P VI VCdV Para constante V: O que é Low Power? Elementos que contribuem para o consumo dinâmico dt I CdV P CV2 f Capacitância (C) é afetado por  Desenvolvimento do chip  Seleção do periférico Tensão (V) é afetado por  Seleção do componente Frequência (f) é afetado por  Clock do sistema  Eficiência do código  Perfil de consumo  Necessidades da aplicação
  • 14. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 14 O que Low Power? Consumo estático Definição Consumo estático é a potência consumida enquanto a aplicação está ligada, mas não ativo (por exemplo, clock do sistema desligado). Esta dissipação de energia vem de fugas transistor inerente a processos CMOS, clock necessário para manter o RTC durante o sleep, supervisores de tensão do sistema, circuitos watchdog, I/O, etc. Power (μA*V) Time (μs) dynamic dynamic static wake-up
  • 15. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 15 O que é Low Power? Elementos que contribuem para o consumo estático Fugas são afetada por: lProcesso geometrico: transistores menores significam maior fugas lTensão: menor tensão, menor fuga lTemperatura: temperaturas mais elevadas aumentam dramaticamente fugas source drain VDRAIN VGATE VSOURCE gate Sub-threshold Leakage Drain to substrate leakage Gate-junction tunneling Transistores menores aumentar o consumo estático, mas isso pode ser compensado pelo menor consumo dinâmico, uma vez que pode operar a uma tensão mais baixa.
  • 16. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 16 Comparação do processo tecnológico e potência consumida lAN1416
  • 17. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 17 O que é Low Power? Consumo médio ( ) ( ) 1 active active active static static static cycle avg V I t V I t t P Definição Consumo médio é a energia consumida através de um ciclo completo quando operando em ambos os estados de operação estática e ativa. O consumo médio inclui a quantidade de tempo gasto em cada estado, bem como o tempo de transição necessário para alternar entre os modos dinâmicos e estáticos. Power (μA*V) Time (μs) dynamic dynamic static wake-up
  • 18. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 18 O que é Low Power? Medindo o consumo lMultímetro lMedir o valor RMS da corrente lTipicamente na escala de 20nA-100nA Vdd 3.3V device under test Vdd 3.3V device under test Rshunt lOsciloscópio com resistor shunt no VDD lMedidas e exibe perfil de energia lValor do Rshunt deve ser escolhido com cuidado l10Ω-100Ω lValor alto de Rshunt causa BOR lVDD Descarga do capacitor lMedida da taxa de descarga I=C(ΔV/ Δt) lÚtil para medição de corrente muito baixa device under test Vdd 3.3V 10μF
  • 19. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 19 Definindo e planejando o consumo
  • 20. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 20 Definindo e planejando o consumo Analisando a aplicação lQuebre a aplicação em fases lCalcule a corrente utilizada nessas fases lDeterminar quanto tempo deve ser gasto em cada fase lCalcular a energia consumida por cada fase lCalcula-se a potência média de toda a aplicação lEle pode ser baixado por gastar menos tempo no modo ativo? lPode tensão, fonte de clock ou modos de baixo consumo pode ser alterado em qualquer uma das fases? lIdentificar os piores casos e revisita lDiferentes combinações de modo pode ser usado? lTraçar o perfil de energia lConstruir, medir e confirmar o perfil de energia
  • 21. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 21 AGENDAMENTO Wake-up, fontes de transição, controle de loop, gerenciamento de clock e comutação SAIDA PROCESSO Quebre a aplicação em fases AQUISIÇÃO Definindo e planejando o consumo Analisando a aplicação
  • 22. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 22 Definindo e planejando o consumo Diagrama em blocos de uma típica aplicação 1. Leitura de sensores 2. Escrita na EEPROM 3. Escrita no LCD 4. Aguardar 5s (RTCC) 5. Repete Analog. Sensor de Temp. MCP9700 RTCC INT0 I2C™ EEPROM 24AA256 INT1 INTO SC 16 MHz INTO SC 31 kHz SOSC POS C T1OSC MSSP2 MSSP1 CORE 3.3V S2 32kHz 8Mhz S3 PIC18F ADC Potenciometro
  • 23. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 23 Definindo e planejando o consumo Perfil de consumo lRun A – Escrita na EEPROM (5ms @ 3mA) lRun B – Ler sensor de temperatura (800μs @ 6μA) lLoop/Sleep/Idle/Deep Sleep por (10s) lRun clock pode ser mudado dinamicamente lTensão de operação também pode ser alterado dinamicamente NOT TO SCALE Minimizar as áreas sob a curva Power (μA*V) Time (μs) idle wake-up RUN A RUN B RUN A RUN B
  • 24. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 24 Definindo e planejando o consumo nanoWatt XLP Battery Life Estimator Select Device & Parameters Novos dados do dispositivo fornecido com novas revisões, ou você pode criar arquivos. Por exemplo:“PIC18LFxxJ11.csv” Digite modos perfil potência Review & Salvar Select Battery Novos dados da bateria pode ser adicionado, modificando“CustomBattery.csv”
  • 25. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 25 Definindo e planejando o consumo Uma das muitas soluções possíveis É uma possível solução?
  • 26. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 26 Tecnologia nanoWatt XLP
  • 27. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 27 nanoWatt XLP Recursos úteis de gerenciamento de energia lFlexibilidade lVárias opções de clock lVelocidades dinamicamente configurável e fontes lPeriféricos equipados para os modos de baixa potência lOpções de periféricos e wake-up, opções de configuração para os modos de baixa potência lOsciladores de baixo consumo lMarcação de tempo com WDT, Timer1 ou RTCC sem quebrar o planejamento de consumo lBaixa corrente de fuga entrada digital lTipicamente < 50nA, alguns menor que 5nA lMinimiza o consumo estático lRápido tempo de wake-up lMinimiza o tempo perdido na zona de transição de wake-up
  • 28. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 28 nanoWatt XLP nanoWatt Technology (2003) lTecnologia nanoWatt lIntroduzido em 2003 lPadrão para todos os novos MCUs Microchip desde 2003 lAfetadas pelo design de chips, processos de fabricação, mistura de periféricos e clock e capacidades de teste lDefinido como: lStandby (Sleep mode) power < 1μW l@3V Ipd < 333nA (PIC24H) l@2V Ipd < 500nA (PIC16,PIC18,PIC24F) Definição nanoWatt Technology Conjunto de técnicas proprietárias da Microchip usados para projetar microcontroladores capazes de consumo de energia abaixo 1μW em modo standby (Ipd).
  • 29. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 29 lIDLE mode lCPU OFF, Periféricos ON lOn-chip, oscilador RC de alta velocidade (INTRC) com PLL e postscaler programável. Possui: lInicialização rápida em 1μs-5μs lDuas velocidade de start up (inicia em INTRC, depois chaveia para o cristal) lVelocidade de clock ajustável dinamicamente lExtended WDT lO tempo máximo de estouro de18ms a 131s lTimer1 Low Power (TMR1) e oscilador secundário de 32 kHZ (SOSC) lBOR Low Power configurável por SW lBOR padrão foi redesenhado para consumir menos energia lSoftware pode desligá-lo quando não for necessário, ex. durante Modo Sleep nanoWatt XLP nanoWatt Technology (2003)
  • 30. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 30 Tempos típicos de Wake-up para diferentes osciladores lAN1416
  • 31. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 31 nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2009) lnanoWatt XLP (eXtreme Low Power) lIntroduzido em 2009 como a próxima geração de nanoWatt lPortas de baixa corrente de fuga empregado em todo dispositivo lDesenvolvimento e processos de fabricação sintonizados para baixo consumo lIntrodução de periféricos de baixo consumo lDefinido como: lSleep: 100nA ou menor até 9nA lReal-Time Clock Calendar (RTCC): 800nA ou menor até 200nA lWatchdog Timer (WDT): 800nA ou menor até 450nA Definição nanoWatt XLP (eXtreme Low Power) Technology Conjunto de técnicas proprietárias da Microchip usados para projetar microcontroladores capazes de consumo de energia abaixo 100nA em modo standby, 800nA rodando RTCC e 800nA rodando WDT. Requiremento Melhor especificação
  • 32. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 32 lDeep Sleep (DS) lDeep Sleep Brown-Out Reset (DSBOR) lDeep Sleep Watchdog Timer (DSWDT) lEntradas com baixa corrente de fuga lEspecificações a 60C para aplicações com bateria Exemplo de melhoria da vida útil da bateria(25°C) Tipo de bateria: Coin Cell (moeda) (CR2032) 1ms RUN a 1MHz, em seguida Deep Sleep com RTCC habilitado PIC24FXXKA com nanoWatt XLP - Acima de 20 anos! nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2009)
  • 33. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 33 nanoWatt XLP nanoWatt XLP Technology (2012) Melhorias de partes XLP: lRetention regulator (VRET) lPermite modelos XLP trabalhe em 5V lPermite modelos XLP com processos de silício menores lPino VBAT para bateria de backup lAutomação periférica melhorada e trigger lRetira carga de operação para gerenciamento de periféricos lADC Auto-scan lDMA (Direct Memory Access)
  • 34. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 34 nanoWatt XLP Duplo Brown-Out Resets lBrown-Out Reset (BOR) lStandard nanoWatt BOR lAlguns dispositivos podem chamar LPBOR lConfigurável para quatro níveis de tensão lConsumo típico de ~5μA lLow Power BOR (LPBOR) lDisponível em adição ao BOR no PIC18 e PIC24 com modo Deep Sleep lTensão fixa em ~1.8V lAlguns devices com corrente de 5nA
  • 35. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 35 nanoWatt XLP Watchdog Timers duplo lWatchdog Timer (WDT) lStandard nanoWatt WDT lIΔWDT até 500nA lTime out: 1ms–131s lDeep Sleep WDT (DSWDT) lDisponível em adição ao WDT em devices com modo Deep Sleep lÚtil para aplicativos que estão inativas por longos períodos de tempo lDSWDT permanece ativo em modo Deep Sleep lIΔWDT até 370nA lTime-out: 2.1ms-25.1 days
  • 36. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 36 nanoWatt XLP Modulo de cotrole de periféricos lPeripheral Enable Bits lLocalizado no SFRs controle de cada periférico lAtiva / desativa a funcionalidade para cada periférico lRegistradores de controle ainda estão disponíveis para leitura e escrita lexemplo : AD1CON1<ADON> lAlguns de devices possuem ainda o Peripheral Module Disable (PMD) lLocalizado nos registradores PMD lDesabilita todas as fontes de clock para cada periféricos lRemove alimentação dos registros de controle e status correspondente lexemplo: PMD1<ADC1MD>
  • 37. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 37 Modos Low Power
  • 38. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 38 Modos Low Power Modos de operação l RUN [active power] l Core & Periféricos com clock do sistema l Corrente típica de 50-360μA/MHz (3V, 25°C) l LP INTRC (31kHz) é menor que 8μA (1.8V, 25°C, PIC24F04KA201) l DOZE (some devices) [active power] l Core com consumo menor que periféricos, periféricos full speed l Tipicamente 35%-75% da corrente do modo RUN l IDLE (some devices) [active power] l Core OFF, peripherals ON l Tipicamente 25% da corrente do modo RUN l SLEEP [static power] l Tipicamente100nA (3V, 25°C) l A 85°C menor que 1.35μA (1.8V, 85°C,PIC24F04KA201) l DEEP SLEEP (alguns devices) [static power] l SRAM, VREG, VBOR, RTCC off l Tipicamente 35nA (3V, 25°C) Increasing Battery Life
  • 39. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 39 nanoWatt XLP modos de operação – olhando com mais atenção PIC16 PIC18 PIC24 RUN All systems running    DOZE CPU slower than peripherals  IDLE CPU off, Peripherals on   SLEEP System clock off    RETENTION SLEEP VREG off, VRET on   DEEP SLEEP RAM off, VREG off    certamente nanoWatt XLP
  • 40. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 40 nanoWatt XLP PIC16 XLP - opções de clock PIC16 XLP – opções de clock Secondary OSC Primary OSC Internal RC 16MHz 500kHz 31kHz 4X PLL POSTSCALER (31kHz to 16MHz) ... CPU & Peripherals SLEEP RUN WDT, PWRT & FSCM Optional Peripheral Clock Source
  • 41. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 41 nanoWatt XLP PIC18 XLP - opções de clock PIC18 XLP – opções de clock Secondary OSC Primary OSC 4X PLL POSTSCALER (31kHz to 16MHz) ... Peripherals CPU SLEEP RUN WDT, PWRT & FSCM Optional Peripheral Clock Source Internal RC 16MHz 500kHz 31kHz IDLE
  • 42. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 42 Primary OSC nanoWatt XLP PIC24 XLP - opções de clock PIC24 XLP – opções de clock Secondary OSC Internal RC 8MHz 500kHz 31kHz 4X PLL POSTSCALER (1.95kHz to 8MHz) ... CPU POSTSCALER DOZE Ext. Clock Output WDT, PWRT & FSCM Optional Peripheral Clock Source Peripherals SLEEP RUN IDLE
  • 43. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 43 nanoWatt XLP Run Mode Todos os recursos ativo Clock do sistema dinamicamente reconfigurável CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE VREG SOSC Post-Scaler
  • 44. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 44 nanoWatt XLP Chaveamento de clock CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE VREG SOSC Post-Scaler Múltiplas fontes de clock Pode mudar dinamicamente Afeta todas as partes do chip
  • 45. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 45 nanoWatt XLP Chaveamento de clock lRetardar o clock pode economizar mais energia do que Idle/Doze modes lRetardar clock afeta todas as áreas do chip lTwo speed startup lInicialização do INTRC em 1μs-5μs lChaveamento do cristal é necessário lRoda no modo INTRC enquanto aguarda o PLL travar lÚtil quando à espera de eventos externos ou periféricos lentos, como ADC, comparadores, portas de comunicação, etc.
  • 46. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 46 INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE VREG SOSC nanoWatt XLP Doze Mode CPU e memória roda com um clock mais lento Periféricos podem rodar com o clock do sistema 35-75% do Run Mode Post-Scaler CPU RAM Flash
  • 47. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 47 RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE VREG SOSC Post-Scaler nanoWatt XLP Idle Mode CPU é desligada Periféricos continua ligado 25% do Run Mode CPU
  • 48. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 48 nanoWatt XLP Idle & Doze Modes lQuando os modos Idle ou Doze modes deve ser usado? lSubstitua loops while(!Interrupt) lLentidão enquanto aguarda o periférico ou uma interrupção lQuando são necessários tempos curtos com cortes de energia que requerer um wake-up rápido le.g. wake-up menor que ~1 ciclo de instrução lTempo de transição é mínima lDurante as transferências de DMA lQuando a aplicação deve continuamente amostrar ou comunicar
  • 49. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 49 nanoWatt XLP Sleep Mode 50-100nA sem regulador 3-5μA com regulador interno Clock do sistema, CPU desligados RAM permanece ligado Reguladores ligados Alguns periféricos podem ser configurados para serem executados durante o sleep CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE VREG SOSC Post-Scaler
  • 50. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 50 nanoWatt XLP Retention Sleep Mode 100-300nA com regulador de retenção Relógios do sistema, CPU desligado RAM permanece ligado VREG principal é desligado Low-power VRET é ligado CPU RAM Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD VDDCORE SOSC Post- Scaler VRET VREG POSC
  • 51. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 51 nanoWatt XLP Retention Sleep Mode lAlimentado por regulador low power alternativo chamado Retention Regulator lFornece saída de tensão mais baixa para o núcleo lBaixa corrente quiescente, mas corrente de saída limitada l100-300 nA corrente quiescente lMáxima corrente de saída d e 15 uA VREG VRET 3V Devices 1.8 V 1.2 V 5V Devices 3.3 V 2.5 V
  • 52. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 52 nanoWatt XLP Retention Sleep Mode lSimilar ao modo Sleep lRAM e SFRs mantidos lContinua a operação após instrução PWRSAV lTodas as fontes de wakeup disponíveis lDiferente do modo Sleep lUso do periférico é limitada pela corrente de de saída do regulador lTempo de wakeup longo: requer tempo de para o VREG reiniciar de ~100 μs
  • 53. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 53 nanoWatt XLP Deep Sleep Mode <50nA RAM é desligado Reguladores são desligados Alguns periféricos de continuar a executar em Deep Sleep DSBOR DSWDT RTCC INT0 CPU Flash INTRC HS INTRC LP T1OSC POSC Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDD SOSC Post-Scaler RAM VDDCORE VREG DSGPR (2) DSBOR DSWDT INT0 RTCC
  • 54. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 54 nanoWatt XLP Deep Sleep Mode lAlimentação do core é desligada lIsso causa perda de memória RAM, SFR e contador de programa lDois registradores DSGPR são fornecidos para manter variáveis durante Deep Sleep lTempo de wake-up inclui o tempo de subida do regulador de tensão (usando Vreg interno) lWake-up causa Power-On Reset (POR) lSleep padrão lContinua a execução no ponto onde ocorreu o sleep lDeep Sleep não acorda com a limpeza do contador de programa lEstado dos I/O são mantidos
  • 55. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 55 Deep Sleep Quando o DS é efetivo? lQuando a aplicação: lFica boa parte do tempo desligado lTipicamente maior que 1s lÉ inativo por longos período de tempo lRequer timekeeping exato com corrente mínima lFunciona em temperaturas extremas lRequer pequeno grupo de periféricos ativos
  • 56. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 56 Deep Sleep Break-Even Time lBreak-Even Time lDS desliga o core, SRAM & regulador de tensão lNo wake-up após DS: lRegulador de tensão é ligado lCompleta o ciclo POR lClock é ligado lContexto é restaurado lTempo de Wake-Up torna-se dominante lPara tempos de sleep curto, o modo sleep padrão é a melhor escolha Definição Break-Even Time O ponto onde o Deep Sleep consome menos que o Sleep
  • 57. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 57 PIC18F46J11 on-chip LDO off DEEP SLEEP 1s 10s 100s 1000s Tempo entre eventos de Wake-up Corrente média Deep Sleep Quando usar o Deep Sleep? Tbreak-even Use DS quando o tempo entre os eventos wake-up é maior que o tempo que demora a acordar do DS e liguar o LDO PIC18LF46J11 NO on-chip LDO SLEEP 54nA PIC18F46J11 On-chip LDO ON SLEEP 3.1μA 13nA 70nA 420nA 3.9μA PIC18F46J11 On-chip LDO OFF DEEP SLEEP
  • 58. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 58 nanoWatt XLP Sumário dos modos Modes Active Clocks Active Peripherals Wakeup Sources Typical Current Typical Usage RUN All All DOZE All All All Software wake-up ~50% of Run Current Applications with high-speed peripherals requiring low CPU use IDLE Peripheral Clocks Timer1 Secondary OSC INTRC LPRC ADC RC All All ~25% of Run Current Anytime device is waiting for an event SLEEP Timer1 Secondary OSC INTRC LPRC ADC RC RTCC WDT BOR HLVD Timer 1 INTx ADC CVREF Comp Serial RX MCCP CLC All 50-100 nA w/o regulator 3-5 uA with regulator Most low-power apps RETENTION SLEEP Timer1 Secondary OSC INTRC LPRC ADC RC RTCC WDT BOR HLVD Timer 1 INTx ADC CVREF Comp Serial RX MCCP CLC All 100-300 nA 5V Low-power applications Low-power in high performance applications DEEP SLEEP Secondary OSC LPRC RTCC DSWDT DSBOR INT0 RTCC DSWDT DSBOR INT0 MCLR ULPWU < 50 nA base Peripherals add incremental current Long-life battery based applications, applications with long sleep times
  • 59. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 59 Considerações do sistema
  • 60. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 60 Considerações do sistema Eficiência de instrução lQuantos instrução ciclos leva para executar uma tarefa? lNem todas as arquiteturas são igualmente eficientes lBenchmarks de avaliação como o EEMBC’s CoreMark são usados para análise lCompilado e benchmark com simulador lCompilado e medido no hardware lFerramenta de desenvolvimento de 16 bits nanoWatt XLP Evaluation board usado para a análise lNão pare na primeira página do data sheet μA/MHz não conta toda a história!
  • 61. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 61 Considerações do sistema Exemplo de eficiência de instrução lExceto a multiplicação, maior parte das instruções PIC16 e PIC18 são equivalentes lPIC18 possui um hardware de multiplicação 8x8, um ciclo de máquina de execução. lPIC16 emula multiplicação lQuanta energia é necessária para realizar uma multiplicação de 8x8? lPIC16LF727 @1MHz @1.8V @25C l80μA/MHz lInstruction cycle @1MHz = 4μs l62 instruction cycles = 248μs l80μA * 1.8V = 144μW l144μW * 248μs = 35.7nJ lPIC18LF46J11 @1MHz @2.0V @25C l275μA/MHz lInstruction cycle @1MHz = 4μs l5 instruction cycles = 20μs l2.0V * 275μA = 550μW l550μW * 20μs = 11nJ #include <htc.h> unsigned char A,B; unsigned int C; void main (void) { A = 2; B = 4; C = (unsigned int)A * (unsigned int)B; }
  • 62. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 62 Considerações do sistema Eficiência de instrução Note: Competitor 16-bit MCU family at 16 MIPS - Speed & Size trade off = 5 PIC24F family at 16 MIPS using MPLAB® C Compiler for PIC24F with Optimization level O3 0123456 A2TFFTFIRIFFTBaseFPBit ManipulationCANIDCTIIRPointersPWMRspeedTBL look upTTSparkMatrix Arith Industry Standard Benchmark Algorithms Normalized Execution Time PIC MCUCompetitor
  • 63. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 63 Consumo de perifpericos comuns
  • 64. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 64 Considerações do sistema Trigando periféricos e automação lPeriféricos com automação lADC lAuto sample e conversão lLimiar de varredura e comparação lDirect Memory Access (DMA) lPeriféricos com Trigger avançado lMaster Capture Compare Peripheral (MCCP) lConfigurable Logic Cell (CLC) lCharge-Time Measurement Unit (CTMU)
  • 65. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 65 Considerações do sistema Trigando periféricos e automação lReduzir a carga de processamento ao mover a carga periféricos lDMA permite a transferência de dados sem intervenção da CPU lReduza a potência, diminuindo a frequência de wakeup da CPU lTrigger de disparo de alguns periféricos sem o uso da CPU lThreshold-scan ADC permite conversões e comparações sem acordar
  • 66. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 66 Considerações do sistema Seleção de baterias lQuímica da bateria é fundamental lCélulas de lítio lAuto-descarga muito baixo para uma boa vida útil (de prateleira) lLimites de corrente maxíma muito baixo lResistência interna elevada. Correntes de pico de alta tensão diminui vida útil lNovo! Células Lithium AAA lFaixa útil corresponde à faixa de tensão da maioria dos microcontroladores lResistência interna baixa. Suportar altas correntes de pico lAuto-descarga baixa - longa vida útil lPilhas alcalinas lAlta capacidade e alta corrente de dreno suportados lCapacidade cai como a subida da corrente lCélulas secundárias (recarregável NiCd, NiMH, etc) lAuto-descarga alta lNecessitam de recarga frequente ainda que a aplicação é muito baixo consumo de energia
  • 67. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 67 Considerações do sistema Lithium AAA 1 2 Source: http://data.energizer.com/PDFs/l92.pdf lPara uma aplicação de lítio típica funcionando em temperatura ambiente (20-25ºC): lO MCU deve operar abaixo 3V (2 x 1,5V) {ponto 1 do gráfico} lMaximização da vida da bateria significaria ser capaz de rodar abaixo de 1,8V (2 x 0,9V) {ponto 2 do gráfico} lOperação segura com faixa de operação
  • 68. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 68 Considerações do sistema Especificação de bateria a 60C lBaterias como a maioria dos produtos químicos são especificadas até 60C lDevices nanoWatt XLP incluem agora ponto de especificação nos dados a 60C
  • 69. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 69 Considerações do sistema Pino VBAT Battery Backup lFornece via separada para bateria de backup do RTCC lVBAT é chaveado quando VDD é removido VBAT CPU Flash INTRC HS INTRC LP Peripherals RTCC WDT BOR Analog Timer 1 INT 0 VDDCORE Post- Scaler VRET VREG POSC SOSC DSGPR (2) RTCC VDD RAM T1OSC SOSC
  • 70. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 70 Considerações do sistema Pino VBAT Battery Backup lPermite o uso de bateria de backup sem componentes externos lRoda RTCC e mantém dois registradores de dados lVBAT sai quando é reaplicado VDD lNo modo VBAT outros periféricos estão desligados lTodos I/O deve ser desenergizado lRecomendam não alimentar outros circuitos VBAT battery Modo VBAT pode ser desligado via configuração VBAT pin deve ser ligado a VDD quando desativado
  • 71. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 71 Considerações do sistema Gerenciando Circuito de Alimentação Externa Todos os circuitos são sempre alimentado O gerenciamento de energia baseia-se em modos de espera individuais Analog. Sensor de Temp. MCP9700 I2C™ Serial EEPROM 24AA256 3.3V S2 32kHz 8Mhz S3 Saída de alta corrente
  • 72. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 72 Considerações do sistema Gerenciando Circuito de Alimentação Externa Microcontrolador PIC® pode fornecer energia diretamente de pinos I/O, se necessário FET pode ser usado para circuitos de alta corrente ou de diferentes tensões Analog. Sensor de Temp. MCP9700 I2C™ Serial EEPROM 24AA256 3.3V S2 32kHz 8Mhz S3 Saída de alta corrente GPIO GPIO GPIO
  • 73. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 73 Considerações do sistema Redução de tensão lRedução da tensão impacta nas correntes estática e dinâmica lRequer uso de reguladores de tensão com tensão baixa lConsidere a redução Vdd com reguladores de tensão programável enquanto no modo sleep ou idle 3.30V 15μA 3mA 32kHz 11mA 2.50V 8μA 2mA
  • 74. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 74 Considerações do sistema Alimentação lAlguns devices nanoWatt XLP dispositivos baseiam-se no processo de baixa tensão: lCore requer 2,5V ou 1,8V lConexão de tensão 3,3V ou I/O logico requer regulador de tensão low dropout voltage (LDO) lAlguns devices F possui LDO interno lDevices LF usualmente não possui lOpções: lUse devices F com LDO interno lAplicações com 2,5V (ou 1,8V) I/O e alimentação lUse múltiplas fontes de alimentação (Regulator Enabled) (no Regulator)
  • 75. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 75 Considerações do sistema Gerenciando VDDCORE lEscolher com cuidado o sistema low drop out regulator pode resultar em baixa corrente estática lPIC18F46J11 LDO quiescent current ~3μA lMCP1702 external LDO quiescent current ~2μA lPara aplicações de baixa corrente, LDO externo pode ser melhor escolha MCP1702 Linear Regulator Specifications: 2.0 μA typical quiescent current 2.7V-13.2V input voltage Low Dropout Voltage: 650mV (typ) @250mA 0.2%/V Line regulation 0.2%/V Short Circuit & Thermal Shutdown protection
  • 76. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 76 Considerações do sistema Minimizar acesso da RAM lLeitura de memória RAM (dados) requer mais energia do que a leitura de memória FLASH (código) Standard_Routine: // compiles to 3 instructions while(!_T1IF) i++; 19.1 mA lA rotina lê _T1IF (Timer1 interrupt flag) escreve em I cada iteração do loop. lAt 32MHz: lTempo de laço é 187ns lCorrente média medida é 19,1mA enquanto neste loop lEle vai ler e escrever RAM duas vezes a cada 187ns lO aplicativo realmente precisa deste tempo de resposta?
  • 77. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 77 Considerações do sistema Minimizar acesso RAM Low_Power_Routine: // compiles to 8 instructions while(!_T1IF){ i++; Nop(); Nop(); Nop(); Nop(); Nop();} 16.4 mA lA 32MHz tempo loop é 500ns llê e escreve RAM duas vezes a cada 500ns lNota melhoria de 2,5 mA lRedução da corrente de ~ 13%, adicionando cinco NOPS!
  • 78. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 78 Considerações do sistema Recomendação sobre I/Os lUse pull-ups internos para botões lPull-ups internos podem ser desabilitados após detecção lUse de-bouncing por SW lElimina picos de corrente em comparação ao uso de circuito RC lUse LEDs de altro brilho lDriver com corrente muito menor do que a corrente nominal lPWM em vez de acionamento direto lLEDs de alto brilho podem ser visíveis com corrente muito baixa (100uA)
  • 79. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 79 Considerações do sistema Recomendação sobre I/Os lSe possível use resistores de pull-up com maior valor possível lRede de resistores ligados a um pino comum lLigue o I/O quando necessário lUse capacitores com baixa corrente de fuga lTantalo possui altas correntes lPode ser maior que 1μA @10μF lCerâmicos possem correntes baixas l~20nA @10μF lUse capacitores de bypass com modereação lMantenha trilhas curtas Modelo equivalente do capacitor
  • 80. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 80 Considerações do sistema Elimine I/Os em flutuação lPinos CMOS em flutuação lFlutua em VDD/2 lAltas corrente de fuga lSinais externos podem ser introduzidos no pino lElimine pinos em flutuação lSetar pinos I/O não usados como saída lColecar em nível zero Típico caso Pior caso 1 pino em flutuação 35 μA 0.5 mA 2 pino em flutuação 65 μA 1 mA 10 pino em flutuação 305 μA 5 mA
  • 81. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 81 Considerações do sistema Redução do tempo de Wake-Up lCristais: lAguarda1024 ciclos para start up confiável lGarante que o cristal é para cima e estável lCaracterística extremamente importante para a confiabilidade em toda variedade de temperatura e arranque de condições lEstabiliza 32ms @32kHz, 64μs @ 8MHz lPode ser significativamente mais longo - sob determinadas condições ambientais podem ter até 1s lInternal RC (INTRC) Oscillators: lPode acordar entre 1μs-5μs lTwo-Speed Start-Up Mode lWake-up com INTRC lAlguns dispositivos possuem precisão INTRC de 0,25% lMudar para cristal quando estiver pronto se a precisão PPM é necessária
  • 82. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 82 Considerações do sistema Abaixando a corrente ativa lDesabilite a periféricos não usados lTodos os periféricos on-chip tem alguns bits de controle ou bits PMD para desativar lOtimizando o código pelo compilador lExperiência com combinações de velocidade, tamanho do código e otimizações de uso RAM lOlhe para a execução mais rápida em menor tamanho do código com acesso mínimo RAM lMeça o tempo de execução de seu algoritmo lPor exemplo: l32MHz em diferentes plataformas pode não ser igual tempo mesma execução l90% das instruções do PIC® são executadas em um ciclo de máquina lSimulador disponível no MPLAB® IDE
  • 83. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 83 Considerações do sistema Abaixando a corrente ativa lConsidere o uso de periféricos SPI ao invés de I2C™ lSem uso de resistores de pull-up lRápido lMenor consumo dinâmico lReduz tempo de loop lMuitos periféricos como EEPROM tem dos dois tipos
  • 84. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 84 Sumário
  • 85. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 85 nanoWatt XLP Microcontroladores Extreme Low Power Hundreds of XLP Devices!
  • 86. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 86 C Compilers Available from Microchip Available in free evaluation versions XLP 8-bit Development Board (DM240313) PIC18F87K22 PIM (MA183032) PIC18F46J11 PIM (MA180023) PIC16LF1947 PIM (MA160015) Sumário Ferramentas nanoWatt XLP XLP 16-bit Development Board (DM240311)
  • 87. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 87 Sumário Referências PIC24F Family Reference Manual
  • 88. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 88 Sumário XLP Home Page www.microchip.com/xlp
  • 89. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 89 Sumário Hoje você aprendeu: lDefinir o que é baixo consumo, seus diversos modos e como gerenciar eles lDiferenciar nanoWatt, nanoWatt XLP Technology, Deep Sleep e outras técnicas low power lAnálisar e desenvolver de um sistema com um menor consumo possível lIdentificar e escolher o melhor microcontrolador PIC® nanoWatt para sua aplicação
  • 90. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 90
  • 91. © 2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 18092 XLP Slide 91 Obrigado! http://www.portalmcu.com.br @PortalMCU https://www.facebook.com/portalmcu daniel_rsousa@hotmail.com
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