引言
便携式产品的低功耗设计就像我们父辈过日子一样，每一笔钱都得精打细算，确保每一笔钱都要用在刀刃上。同样地，低功耗产品每节约的一个mAh电量都会为产品的续航助力，增强产品的竞争力。便携式产品的低功耗设计是一项系统工程，这是一个细致活，需要从系统架构、硬件选型、软件优化、电源管理等多个维度综合考虑，同时结合使用场景和用户习惯进行精细化设计。说白了就是这里省一点，那里扣一点，越多越好。今天我们就来简单的聊一聊，希望能给大家一些启发。
一、系统级优化
1. 处理器/主控选择
传统的低功耗处理器有比如MSP430FR系列，STM32L系列。比如墨水屏上面就比较常用MSP430;
MSP430FR系列（FRAM存储器）
运行模式：100μA/MHz
待机模式（LPM3）：0.4μA
STM32L5系列（Cortex-M33）
运行模式：40μA/MHz
停止模式（RTC保持）：1.2μA
STM32U5系列（Cortex-M33）
停止模式（全RAM保持）：350nA
动态功耗：19μA/MHz
便携式产品的无线传输功能也是比较常见的，比如蓝牙，wifi,zigbe等等；
CC2652R（无线MCU）
支持蓝牙5.2/Zigbee/Thread
接收模式：5.4mA，深度睡眠：0.9μA
nRF54系列（Cortex-M33）
动态功耗：25μA/MHz
深度睡眠：0.6μA（RTC保持）
支持蓝牙5.4/Thread/Zigbee
2. 工作模式划分
根据产品的需求，定义不同工作模式（运行、待机、休眠、关机），在适当的时候，通过状态机管理模式切换模式，确保在当前状况下，所耗费的电量是最低的。
3. 电源域划分
将系统划分为独立供电的电源域，通过MOS管或负载开关控制电源通断。 负载开关的话我之前用过DIO7299。可以通过负载开关控制，按照“按需供电”的策略。例如， 蓝牙、GPS等模块。
4. 动态电压与频率调节（DVFS）
根据负载动态调整CPU/GPU的工作电压和频率，降低动态功耗。现在很多处理器内部都集成了PMU功能。可以根据需求适时调整处理器的工作电压。
二、硬件设计细节
1. 元器件选型
选择低静态电流（IQ）的电源芯片（如LDO、DC-DC）。
使用低功耗传感器（如MEMS加速度计）、低漏电流的模拟器件。
避免使用高功耗接口（如并行总线），优先选用SPI、I²C等低功耗串行接口。
总之就是器件选型上，都选择功耗低一些的。
2. 电源管理电路
优化电源拓扑：高频DC-DC转换器用于高负载场景，LDO用于低噪声敏感电路。
增加储能电容或超级电容，应对瞬时高电流需求，避免频繁唤醒电源。
设计低功耗复位电路和看门狗，避免异常状态下的功耗激增。
3. 传感器与外围电路优化
为传感器配置中断唤醒功能，减少轮询操作。
优化信号链：缩短高阻抗模拟电路走线，降低漏电流。
对LED、屏幕等大电流器件进行PWM调光或分时复用。
4. PCB布局与信号完整性
减少高频信号线长度，降低EMI和串扰导致的功耗。
优化电源走线，降低IR Drop（如采用宽铜箔、多点接地）。
对未使用的GPIO引脚配置为固定电平，避免浮空状态漏电。
5. 电池与充电管理
选择高能量密度电池（如锂聚合物），并匹配适合的充放电芯片。
设计温度保护、过充/过放保护电路，延长电池寿命。
支持低功耗充电模式（如涓流充电）。
三、软件优化策略
1. 算法与任务调度
简化算法复杂度（如用查表代替实时计算）。
采用事件驱动架构，减少轮询和阻塞等待。
合并任务执行批次（如集中处理传感器数据）。
2. 通信协议优化
缩短无线模块（如BLE、Wi-Fi）的激活时间，使用快速连接技术。
优化数据传输协议（如增加数据压缩、减少ACK次数）。
在无通信需求时彻底关闭射频模块电源。
3. 低功耗模式利用
在空闲时快速进入深度睡眠（如ARM的WFI/WFE指令）。
利用RTC或外部中断唤醒，避免定时器频繁中断。
关闭未使用的外设时钟（如通过寄存器配置关闭ADC时钟）。
4. 数据缓冲与缓存
使用FIFO或DMA传输数据，减少CPU介入时间。
在本地缓存数据，批量上传以减少无线模块激活次数。
5. 固件与驱动优化
避免固件中的忙等待（Busy Loop），改用中断或事件触发。
优化驱动层代码，减少冗余操作（如多次初始化外设）。
支持固件远程升级，持续优化功耗算法。
四、系统监控与调试
1. 实时功耗监控
使用高精度电流表（如Nordic Power Profiler）分析各模块功耗。记录典型场景下的功耗曲线（如待机、运行、通信）。
2. 功耗分析工具
利用仿真工具（如SPICE）分析电源路径效率。
使用静态代码分析工具定位软件中的高功耗代码段。
3. 测试与验证
覆盖极端场景测试（如低温、低电量）。
验证休眠模式下的漏电流（如目标<10μA）。
长期老化测试，确保电池衰减不影响低功耗设计。比如根据产品说明书设定的产品使用年限，每天的使用频率及时长、产品的功耗，估算出使用年限内的充放电次数后，电池电量的衰减程度，还能否满足产品承诺的续航年限。
五、用户场景与习惯适配
1. 自适应功耗策略
根据设备的功能需求以及用户使用习惯（如夜间少操作）动态调整检测频率。提供“节能模式”选项，允许用户手动调整设备的测量参数，用来降低功耗，达到延长续航时间的目的。
2. 环境感知
通过光感、加速度计等传感器判断设备状态（如静止、运输中），调整功耗策略，比如根据环境光线的明暗，调整屏幕亮度。比如更具设备的运动状态，判断传感器采集的频率等。
六、供应链与成本平衡
在低功耗设计与BOM成本之间权衡（如选择性价比高的PMIC）。
考虑元器件供货稳定性，避免因缺货被迫改用高功耗替代方案。
通过以上系统级全面细致的指出了低功耗设计需要考虑的各个设计点，相信大家对于低功耗的设计应该有了一个全面的了解了。希望能够帮助到大家。如有问题，欢迎留言讨论，谢谢！