NANO功耗Application Note_V1.12.docx
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Abstract 该文档介绍nano中，怎样调进入超低功耗模式时的功耗.
Apply to Nano Series.
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1 介绍
Nano系列是以Cotex-m0为内核的超低功耗MCU。进入深度睡眠模式时，所有IP都关闭的情况下的功耗为1uA；RTC和段式LCD屏都工作的情况下功耗10uA左右。客户的系统中往往不止MCU一颗IC，怎样让系统进入深度睡眠模式时的功耗最低？一直是客户问的最多的问题，也是问题最多的地方。本文介绍一些原则和调试的方法，希望对大家有帮助。
1.1 寄存器
涉及到的寄存器包括：
1.2 原则
进入power down时LDO引脚的电压会从1.8V变成1.6V。 不用的引脚统统设为GPIO，INPUT模式，并使能内部上拉(PUEN) 状态需要保持的引脚（保持输出低电平/高电平，或者保持输入低电平/高电平），切成GPIO功能，模式维持不变，同时不要使能内部上拉。 晶振引脚保持配置为晶振模式，即使没有外接晶振。在powerdown的时候都要设为晶振模式，并且不能打开内部上拉。但是如果外部没有接晶振，一定不能使能晶振（PWRCON），否则会漏电。 ICE_DAT和ICE_CLK脚切为GPIO功能，INPUT模式，并打开内部上拉。 外接的段式LCD屏，power down时需要保持显示的话，LCD引脚需要保持LCD模式，并关闭相应引脚的数字通路。但是如果powerdown时不需要屏继续显示，相应COM/SEG/DH1/DH2/LCD_V1/LCD/_V2/LCD_V3 引脚需要设为GPIO功能，INPUT模式，并关闭相应引脚的数字通路。 模拟外设需要软件自行将功能关闭。例如:ADC需要将ADCR寄存器的ADEN清0。并且将模拟引脚设为输入模式(PMD)，切成GPIO功能(MFP)，并关闭数字通路(OFFD)。 内部10K和外部32K，power down时不需要的话，软件应该自行关闭。 关闭片外IC的电源或者让其进入power down。与片外IC相连的MCU引脚处理原则如下 引脚是输出状态的，切成GPIO功能之后输出低电平。例如SPI_CS,SPI_CLK，SPI_MISO和SPI_MOSI 4根引脚，切成GPIO功能，输出模式，并输出低电平。 需要片外IC通过GPIO唤醒NANO的，该GPIO引脚保持输入模式不要动，也不要打开内部上拉(PUEN)。 如果片外IC的电源是关闭的，需要把与之相连的引脚都切成GPIO功能，并输出0
检查板子上所有接地的部分，是否有可能从电源到地形成通路。如果必须形成通路，尽量把电阻调大一点，这样漏电会小一些
1.3 NANO的行为
进入powerdown的时候，MCU会帮忙关闭HIRC（内部高频晶振）和HXT（外部高频晶振）两个高频晶振，软件不要去控制这两个晶振。外部32K和内部10K需要软件自己关闭。
这就导致使用HIRC和HXT为时钟源的外设在进入powerdown的时候会自动停止工作，但是使用外部32K或者内部10K作为时钟源的外设需由软件决定在系统进入powerdown的时候是否仍然工作。例如：系统进入powerdown的时候，RTC和WDT仍然工作，这就需要不能关闭32K和10K晶振。
但是模拟外设是个特例，因为模拟电路工作不需要时钟。所以如果模拟外设功能使能，MCU虽然将晶振关闭，但是模拟电路部分仍会耗电。例如：ADC，系统进入power down之前需要写控制寄存器ADCR->ADEN将ADC功能关闭，否则会漏电
如果进入powerdown的时候如果引脚设定有问题，NANO中每个IO脚漏电大概20uA，这也是一个线索。
1.4 漏电电路
1.4.1 电路一
该电路从VCC->R35->R11->R12->R13形成一个通路。假设VCC=3.3V，这里漏电3.3/3 = 1.1uA。
这个是LCD的驱动电路，考虑到驱动能力，加1M可能已经差不多了。大家明白这里会耗电1.1uA就OK了。
1.4.2 电路二
该电路从VCC->R1->R2形成通路，假设VCC=3.3V，这里漏电3.3/2 = 1.65uA。
该电路是测量电源电压的电路，ADCCHECK引脚接到ADC0模拟输入引脚，power down的时候需要将ADCCHECK引脚切为输入模式(PMD)，GPIO功能(MFP)，并关闭数字通路(OFFD)。解决办法：
1.4.3 电路三
该电路从UART1_RXD->R56形成通路，假设VCC=3.3V，这里漏电3.3/1 = 3.3uA。
解决办法：powerdown时，将UART1_RXD引脚设为INPUT模式，但是不要打开内部上拉。
1.5 常见问题
1.6 调试方法
1.6.1 打开IO口的内部上拉，功耗反而变高
说明引脚有下拉，这个下拉可能是内部也可能是外部。该引脚输出低电平时芯片内部是接地的，如果忘记将该引脚设为INPUT模式，内部就是下拉的，就会导致漏电。
外部有下拉不一定是明显的引脚加电阻接地，可能是外部芯片在输出低。
1.6.2 打开内部上拉，功耗降低，但是耗电仍然偏高
这就要考虑两种情况
是否OFFD没有关 是否ADC没有关 OFFD没有关，如果LCD使能，就会导致漏电 ADC没有关，也会漏电
1.6.3 功耗会飘，手靠近板子，功耗会忽高忽低
这个问题的原因比较多，列出可能的3个原因
进入power down的时候
如果不接晶振时，需要保持晶振模式，但是不能打开内部上拉。 如果晶振引脚需要作为GPIO使用，power down时，GPIO功能不再需要的，需要切成晶振功能，但是不能打开内部上拉。 如果晶振引脚需要作为GPIO使用，power down时，GPIO功能需要保持的，可以保持GPIO。
1.6.4 Power down时，LCD和RTC保持显示，正常情况下功耗应该是10uA左右，但是测得功耗16uA
如果芯片内部IO口漏电，每根IO漏电20uA左右。该板子多耗电6uA，所以一般不是芯片内部漏电，这就需要查整个板子的电路，是否有电源到地的通路。1.4节列出了几种漏电的情况，大家可以参考看看。
1.6.5 大多情况下进入power down的功耗都是正常的6uA左右，但是某次进入power down时的功耗会高达1mA
发现关闭ADC功能之后这个问题不再重现，所以锁定ADC
ADC工作频率比较低的情况下，写到ADC寄存器中的数据要等2个ADC工作时钟才会起作用，所以在进入powerdown时，关闭ADC时钟之前（APBCLK），需要延迟2个ADC工作时钟。不然ADC可能还没有关闭，时钟没有了，就会漏电。
1.7 真实案例分析
1.7.1 客户板子进入power down功耗5mA，到客户端分析原因
发现客户进入低功耗时LDO的电压是1.77V，明显没有进入power down 经检查代码发现是使能了RTC唤醒 关闭RTC唤醒之后，此时功耗300uA。 处理进入power down时的IO状态 因为客户的板子上所有的外设在powerdown时都是断电的，所以所有跟外设相连的IO统统设为GPIO功能（MFP），并输出0。 系统通过PB.8唤醒，该IO设为INPUT模式(PMD)，不要使能内部上拉。 跟充电管理芯片相连的IO都设为INPUT模式，不使能内部上拉 其他没有用到的IO都设为INPUT，使能内部上拉（PUEN） 测量电源电压的ADC引脚切成GPIO模式，INPUT，并关闭数字通路 处理IO之后功耗188uA
客户板子上有一片LDO芯片，将3.6V转成3.0V给MCU使用，拿掉该LDO之后功耗88uA 充电电路从VDD到VSS有通路，拿掉了相连的电阻，之后功耗开始飘。低的时候到5uA高的时候到20uA 关闭所有GPIO的数字通路OFFD，发现功耗固定在4.2uA不再飘 依次使能GPIO的数字通路，发现与充电管理芯片相连的2跟PB.9和PB.10的数字通路一定要关闭，不然功耗就会飘 测量PB.8和PB.9的波形，发现这两根引脚的电压为2.4V，会导致漏电，关闭这两根引脚的数字通路
至此，客户整个板子在进入低功耗时耗电4.2uA
1.7.2 客户的板子放一个晚上功耗飘到了100uA，到客户端分析原因
客户的板子上只有我们的NANO，功耗正常时2uA
经过分析发现客户没有外接高速晶振，但是使能了晶振（PWRCON）。将晶振关闭之后电流没有再飘。
2 示例代码
该板子外接段式LCD屏，进入power down的时候LCD和RTC要保持工作，另外外部还有一颗芯片需要PB.7输出低电平让其进入power down
2.1 进入低功耗函数
void Enter_PowerDown()
{
UNLOCKREG();
/* Back uporiginal setting */
SavePinSetting();
/*set to INPUT mode */
GPIOA->PMD = 0;
GPIOB->PMD = 0x4000;/*PB.7 OUTPUT low*/
GPIOC->PMD = 0;
GPIOD->PMD = 0;
GPIOE->PMD = 0;
GPIOF->PMD = 0;
/* Set to GPIO模式 */
GCR->PA_L_MFP = 0x00FFFF00;
GCR->PA_H_MFP = 0xFFFFFF00;
GCR->PB_L_MFP = 0x0000FF00;
GCR->PB_H_MFP = 0xFFFFFFFF;
GCR->PC_L_MFP = 0x0000FF00;
GCR->PC_H_MFP = 0x0F00FFFF;
GCR->PD_L_MFP = 0x0;
GCR->PD_H_MFP = 0x0;
GCR->PE_L_MFP = 0x0;
GCR->PE_H_MFP = 0x0;
GCR->PF_L_MFP = 0x00FF00;
/*Disable Digital path of LCD pin */
GPIOA->OFFD = 0xFC3C0000;
GPIOB->OFFD = 0xFF0C0000;
GPIOC->OFFD = 0x4F0C0000;
/* Enable GPIOpull up */
GPIOA->PUEN = 0xFFFF;
GPIOB->PUEN = 0xFF7F;/*PB.7 low*/
GPIOC->PUEN = 0xFFFF;
GPIOD->PUEN = 0xFFFF;
GPIOE->PUEN = 0xFFFF;
GPIOF->PUEN = 0x0033;/* exclude GPF2 and GPF3 which are HXT OUT/IN */
SYS_SetChipClockSrc(CLK_PWRCTL_LXT_EN, 1);
SYS_SetUpPowerDown(0); /* Disable PDWUinterrupt */
LOCKREG();
__WFI(); /* system really enter power down here ! */
}
2.2 状态保存和恢复
函数SavePinSetting();用来保存GPIO和MFP寄存器的状态，在系统唤醒之后，这些寄存器的状态需要恢复
__IO uint32_t _Pin_Setting[11]; /* store Px_H_MFP and Px_L_MFP */
__IO uint32_t _PullUp_Setting[6]; /* storeGPIOx_PUEN */
__IO uint32_t _PMD_Setting[6]; /* store GPIOx_PMD */
__IO uint32_t _OFFD_Setting[6]; /* store GPIOx_PMD */
void SavePinSetting()
{
/* SavePin selection setting */
_Pin_Setting[0]= GCR->PA_L_MFP;
_Pin_Setting[1]= GCR->PA_H_MFP;
_Pin_Setting[2]= GCR->PB_L_MFP;
_Pin_Setting[3]= GCR->PB_H_MFP;
_Pin_Setting[4]= GCR->PC_L_MFP;
_Pin_Setting[5]= GCR->PC_H_MFP;
_Pin_Setting[6]= GCR->PD_L_MFP;
_Pin_Setting[7]= GCR->PD_H_MFP;
_Pin_Setting[8]= GCR->PE_L_MFP;
_Pin_Setting[9]= GCR->PE_H_MFP;
_Pin_Setting[10]= GCR->PF_L_MFP;
/* SavePull-up setting */
_PullUp_Setting[0]= GPIOA->PUEN;
_PullUp_Setting[1]= GPIOB->PUEN;
_PullUp_Setting[2]= GPIOC->PUEN;
_PullUp_Setting[3]= GPIOD->PUEN;
_PullUp_Setting[4]= GPIOE->PUEN;
_PullUp_Setting[5]= GPIOF->PUEN;
/*Save PMD setting */
_PMD_Setting[0]= GPIOA->PMD;
_PMD_Setting[1]= GPIOB->PMD;
_PMD_Setting[2]= GPIOC->PMD;
_PMD_Setting[3]= GPIOD->PMD;
_PMD_Setting[4]= GPIOE->PMD;
_PMD_Setting[5]= GPIOF->PMD;
/*Save OFFD setting */
_OFFD_Setting[0]= GPIOA->OFFD;
_OFFD_Setting[1]= GPIOB->OFFD;
_OFFD_Setting[2]= GPIOC->OFFD;
_OFFD_Setting[3]= GPIOD->OFFD;
_OFFD_Setting[4]= GPIOE->OFFD;
_OFFD_Setting[5]= GPIOF->OFFD;
}
void RestorePinSetting()
{
/*Restore Pin selection setting */
GCR->PA_L_MFP= _Pin_Setting[0];
GCR->PA_H_MFP= _Pin_Setting[1];
GCR->PB_L_MFP= _Pin_Setting[2];
GCR->PB_H_MFP= _Pin_Setting[3];
GCR->PC_L_MFP= _Pin_Setting[4];
GCR->PC_H_MFP= _Pin_Setting[5];
GCR->PD_L_MFP= _Pin_Setting[6];
GCR->PD_H_MFP= _Pin_Setting[7];
GCR->PE_L_MFP= _Pin_Setting[8];
GCR->PE_H_MFP= _Pin_Setting[9];
GCR->PF_L_MFP= _Pin_Setting[10];
/* RestorePull-up setting */
GPIOA->PUEN= _PullUp_Setting[0];
GPIOB->PUEN= _PullUp_Setting[1];
GPIOC->PUEN= _PullUp_Setting[2];
GPIOD->PUEN= _PullUp_Setting[3];
GPIOE->PUEN= _PullUp_Setting[4];
GPIOF->PUEN= _PullUp_Setting[5];
/* RestorePMD setting */
GPIOA->PMD= _PMD_Setting[0];
GPIOB->PMD= _PMD_Setting[1];
GPIOC->PMD= _PMD_Setting[2];
GPIOD->PMD= _PMD_Setting[3];
GPIOE->PMD= _PMD_Setting[4];
GPIOF->PMD= _PMD_Setting[5];
/* RestoreOFFD setting */
GPIOA->OFFD= _OFFD_Setting[0];
GPIOB->OFFD= _OFFD_Setting[1];
GPIOC->OFFD= _OFFD_Setting[2];
GPIOD->OFFD= _OFFD_Setting[3];
GPIOE->OFFD= _OFFD_Setting[4];
GPIOF->OFFD= _OFFD_Setting[5];
}
保存和恢复的函数将所有的寄存器都保存和恢复了，如果用户确定某个寄存器不需要保存可以将相关代码拿掉，特别在SRAM不够用的时候，buffer可以定义小一点。
Revision History
Rev. Date Description
1.00 1-21-2014 Initially issued.
1.10 4-11-2014 添加AHBCLK和APBCLK处理 添加一些有问题原理图分析
1.12 4-25-2014 功耗飘时多添加2种肯能原因 如果量不到LDO为1.6v原因说明
Important Notice
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