Silicon Labs超低功耗32 MCU EFM32HG系列
成功应用在大华股份无线烟感内,关断模式电流仅20nA

 

烟雾报警器可以帮助人们及时发现起火点,这对预防重大火灾事故发生有着重要的作用。随着技术的进步,烟雾报警器经历了多次技术升级,至目前,已可以实现无线连接、即装即用。 但随之而来的问题是,由于采用电池供电,整个系统都需要低功耗,这给电子器件、尤其是主控MCU的选型,带来了挑战。

 

全球领先的以视频为核心的智慧物联解决方案提供商和运营服务商——浙江大华技术股份有限公司(以下简称:大华股份),携手世界知名精密混合半导体器件方案提供商Silicon Labs,精心选择EFM32HG系列作为主控MCU,倾情打造“独立式光电感烟火灾探测报警器”。

 

Silicon Labs 32位MCU,具有功耗低、性能好、集成度高及系统成本低等优点,大华股份认为,它是“独立式光电感烟火灾探测报警器”主控MCU的理想之选。

图1 大华股份采用“低功耗EFM32HG+NB-IoT”器件的独立式光电感烟火灾探测报警器

 

 

图2 采用EFM32HG系列MCU作为主控器件的无线烟感电路结构框图

 

一、功耗低

包括EFM32HG在内的EFM32系列32位单片机,通过运用如下3个技术及措施,获得了优秀的低功耗优势:

 

EFM32HG提供5种功耗模式,功耗模式丰富,且各模式下绝对功耗低。
 

如下图3,其中,EM4模式下功耗仅20nA。另外,当从EM3深度休眠模式唤醒到EM0全速工作时,仅需2uS、唤醒时间快,同样可以实现低功耗的效果。在此特性下,通过“工作”à “休眠”à唤醒à “工作”à工作模式循环,可使单片机获得极低的平均功耗。

 

图3 EFM32HG功耗模式下功耗及该模式唤醒到EM0模式的时间

 

外设功耗低,并可通过特有的外设反射系统一步降低功耗。

 

EFM32HG模拟外设,如ADC,12位、500ksps、内部1.25V参考电压,功耗仅345uA,模拟比较器,仅200nA等;而数字外设,如下图3,比如,常用的LEUART,具备串口功能,但功耗仅150nA,RTC,仅100nA。可见,这些外设自身功耗都有相当的优势。

 

图4 EFM32HG数字外设功耗

 

另,EFM32HG还提供了“外设反射系统”,在该系统作用下,当EFM32HG处于低功耗模式时,通过外设间的配合,会尽可能地让MCU内核处于休眠状态而不影响外设工作,使得MCU获得更低的平均功耗。 如下图5,就是“外设反射系统”应用实例。

 

图5  当MCU休眠时、Timer0通过PRS触发ADC0启动采样

 

“Energy Profiler”开发工具,是低功耗设计的强大助手。

 

为了让工程师在开发EFM32时能够实时掌握功耗情况,Silicon Labs在studio中集成了“Energy Profiler”功耗评估工具(如下图6)。通过同STK共同使用,它可以实时记录功耗曲线,可以标示某一时刻功耗,还可以计算某一段时间的平均功耗。另,它不仅可以测试STK的功耗,还可以通过STK给自己板子供电、从而测试自己板子的功耗。总之,“Energy Profiler”能在系统开发中,让工程师做到对功耗“心中有数、有的放矢”,能从源头把控低功耗设计。

 

图6 Energy Profiler

 

二、集成度高

如下图7,可以发现EFM32HG集成了丰富的片上资源,完全可以满足无线烟感的应用需求。

  • 丰富的数字外设:UART, LEUART, SPI, IIC, LEUSB(部分), RTC, timer,等。
  • 丰富的模拟外设:ADC, DAC, analog compare,等。
  • 丰富的偏上时钟源:HFRCO、LFRCO、ULFRCO、USHFRCO,等。

 

图7 EFM32HG内部资源框图

 

三、系统成本低

无线烟感使用量庞大,对成本很敏感。EFM32HG除自身价格不高外(因是主推料),还因自身特性,也可以降低系统成本。

  1. 功耗低可降低电池成本。

EFM32HG有着优秀的低功耗,为了实现相同的电池使用寿命,这可以让工程师选择容量更低的电池,从而节约了电池使用成本。

  1. 高集成度可以降低BOM成本。
    • EFM32HG片上集成了振荡器,无需外扩时钟芯片,可以降低成本;
    • EFM32HG片上集成了电压调节器及复位电路,除比分立器件更省电外,也可以降低BOM成本。
  2. EFM32HG支持多种封装形式,其中包含CSP36封装,体积仅3*3mm,可减少PCB面积占用,不仅有助于实现产品小型化,更能降低系统成本。

 

综上述,Silicon Labs EFM32HG系列32位MCU,具有低功耗、高集成度、系统成本低等优势,可完美应用于无线烟感。另,除此之外,该MCU还可广泛应用于能源、天然气、水和智能电表、智能家居、卫生和健身应用等领域。

 

EFM32HG典型应用

  • 警报和安全系统
  • 工业和家庭自动化设备
  • 能源、天然气、水和智能电表
  • 卫生和健身应用
  • 智能家居。

 

探索更多有关EFM32HG 32位MCU产品信息:https://cn.silabs.com/products/mcu/32-bit/efm32-happy-gecko

 

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