板子功耗高的原因有哪些

Posted 2020-12-24 iini

低功耗蓝牙应用对功耗要求越低越好，功耗越低电池续航时间就越长，用户体验就越好。当你发现你板子功耗偏高时，建议按照如下步骤进行自检：

1)       确认理论功耗值。BLE功耗跟广播间隔或者连接间隔是成正比关系的，所以20ms连接间隔下的功耗几乎是1s状态下的50倍！，单纯地问“1mA功耗高不高？”是没有意义的，必须结合特定的应用场景才有意义。不管是广播还是连接，特定的使用场景会有一个理论功耗值，大家可以访问网址： https://devzone.nordicsemi.com/power/，以获得你的使用场景下理论功耗多少，比如连接模式下，每1秒钟发20个字节的数据包，这种模式下理论功耗为：7.6uA

 

2)       确定板子漏电流。如果板子包含的元器件比较多，那么也有可能是其他非nRF5元器件导致的高功耗，比如传感器，codec，或者电路设计本身的问题等。为了确定高功耗是来自nRF5器件还是其他器件，根据自己的情况，有如下三个方法供你参考：一如果你的固件可以直接在Nordic官方DK上运行，那么你可以把你的固件直接下载到DK上，然后通过DK测量nRF5芯片的功耗，如果这个功耗正常，那么大电流应该是由其他非nRF5元器件引起的；如果这个功耗偏高，那么大电流的确是由nRF5芯片固件引起的，此时请参考后续操作步骤说明。二如果你的固件不能在DK上直接运行，那么可以让nRF5芯片进入深度睡眠模式（System OFF模式），此时nRF5芯片功耗只有零点几微安，nRF5芯片所有IO口将处于floating状态，此时再测量板子电流。如果板子电流恢复正常，那么大电流应该是由nRF5芯片固件引起的；如果板子电流还是不正常，那么大电流应该由其他非nRF5元器件引起的。关于如何进入深度睡眠模式，你可以参考工程：nRF5_SDK_15.0.0_a53641aexamplesperipheralram_retentionpca10040lankarm5_no_packs，或者参考ble_app_hrs工程中函数：sleep_mode_enter。三如果你的板子太复杂，无法按照上面两种方法来确定漏电流，那么只能将板子其他非必需元器件焊下来，只留下一个nRF5最小工作系统，然后再测量此时的板子电流是否正常。

3)       确定板子已经退出J-Link模式。如果板子一直是电池供电，那么在某些情况下，即使程序下载完成而且运行正常，此时板子有可能还处在J-Link模式。J-Link模式下板子会有2mA左右的额外电流。要退出J-Link模式，有2种方式，一是给板子进行上电复位，二是通过nrfjprog发出—pinreset（nRF51系列）或者—reset指令（nRF52系列）。两种方式都能让板子退出J-Link模式，从而进入应用模式。

4)       如果最终确认大电流的确是由nRF5芯片引起的，那么几乎可以肯定系统在进入idle模式（System ON模式）之前，没有关掉不需要的模块。模块没有关掉，它就一直在耗电，从而导致功耗过大。Idle模式下，如下模块会耗费比较多的电流，若允许建议全部关掉。

• 进入Idle模式。先说明一下什么是idle模式，所谓Idle模式，Nordic芯片手册也称为System ON模式，就是CPU可以不工作而外设可以继续工作的一种低功耗模式。idle模式下，当CPU和所有外设都不工作时，系统电流也就有2uA左右。（注：除了idle模式，nRF5芯片还支持一种更低功耗的低功耗模式：sleep模式（Nordic芯片手册称为System OFF模式），sleep模式下，CPU和所有外设都强制关闭，所以功耗非常低：只有零点几微安。由于sleep模式下，芯片无法发出广播包或者与手机保持蓝牙连接，所以sleep模式在BLE应用中运用得并不是很多）。Idle模式可以被任何中断唤醒（sleep模式只能被IO口唤醒），所以idle模式在实际应用中使用得比较多。在idle模式下，芯片仍然可以正常发出广播或者与手机保持蓝牙连接，所以大部分BLE应用都是工作在idle模式下，这样既保持了BLE功能又可以实现低功耗。有softdevice时进入idle模式的函数是：

sd_app_evt_wait

         无softdevice时进入idle模式的代码是：

  __WFE();
 // Clear the internal event register.
 __SEV();
 __WFE();

      这里我们顺便把进入sleep模式的函数也贴出来，供大家对比参考。有softdevice时进入sleep模式的函数是：

sd_power_system_off

     无softdevice时进入sleep模式的代码是：

// Enter System OFF and wait for wake up from GPIO detect signal.

NRF_POWER->SYSTEMOFF = 0x1;

• UART/UARTE。由于UART需要实时检测RX线上有没有下降沿，所以一旦UART初始化成功，高频时钟将一直处于打开状态，从而导致UART模块消耗的电流比较大，虽然UART模块本身只需要55uA的工作电流，但是自动打开的高频时钟电路需要消耗250uA左右电流。如果使能了UARTE的easyDMA（52810 easyDMA是强制打开的），那么DMA还需要消耗额外的2mA电流。这样UARTE工作总共需要消耗：55uA + 250uA + 2mA。因此在进入idle模式之前，强烈建议将UART关掉，以节省系统功耗。注：为了达到低功耗和实时性双重目的，在设计UART通信的时候，我们经常会额外再加2个IO口用来通知对方UART要传送数据了。
• GPIOTE。GPIOTE中断有两种工作模式：高精度模式（hi_accuracy为true）和低精度模式（hi_accuracy为false）。hi_accuracy为true将使能IN event中断；hi_accuracy为false将使能Port event中断。IN event中断功耗比Port event中断功耗高很多，因此，如果是检测一般的沿或者IO口电平，那么建议使用低精度模式，即使用如下初始化语句：

 GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(false)   //低功耗低精度IO口中断模式

• DMA。Nordic大部分外设都自带DMA功能，如果DMA可以关闭的话（有些设备DMA是不能关闭的），用完DMA之后，记得把DMA关掉，否则会有2mA左右的功耗。使用ADC的时候尤其要注意这点。
• FPU。只要程序中使用了浮点数，Cortex M4会自动把FPU打开，FPU是耗能大户，其将消耗7mA以上的电流。此种情况下，进入idle模式之前必须手动关闭FPU，手动关闭FPU代码如下所示：

/* Clear FPSCR register and clear pending FPU interrupts. This code is base on

         * nRF5x_release_notes.txt in documentation folder. It is necessary part of code when

         * application using power saving mode and after handling FPU errors in polling mode.

*/

__set_FPSCR(__get_FPSCR() & ~(FPU_EXCEPTION_MASK));

(void) __get_FPSCR();

NVIC_ClearPendingIRQ(FPU_IRQn);

• Timer0/1/2/3/4。Timer的工作电流大概为70uA，对低功耗应用来说，已经非常大了。如果你的定时精度要求不高，而且是毫秒的倍数，那么强烈建议你使用app_timer来实现定时功能，app_timer的功耗只有0.2uA左右。
• SPI/TWI。在进入idle模式之前，建议把SPI和TWI模块也uninit。