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STM32L4超低功耗特性概述
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更新于2023-05-31
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STM32L4系列的微控制器采用新型结构制造,得益于其高度灵活性和高级外设集,实现了一流的超低功耗性能。STM32L4系列产品的性能为应用提供最佳能量效率,在超低功耗领域首屈一指,STM32L4系列产品具有FlexPowerControl,它提高了功耗模式管理上的灵活性,同时降低了应用的总体功耗。STM32L4xx器件支持7种主要的低功耗模式,其中每种都有多个子模式选项。这使得在低功耗性能、短启动时间、可用外设集与唤醒源最大数量之间能实现最佳折中。如图显示了不同运行模式下STM32L476的典型电流消耗,它是系统频率的函数。
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2016 年 7 月 DocID027173 Rev 1 [English Rev 1] 1/25
1
AN4621
应用笔记
STM32L4 超低功耗特性概述
前言
STM32L4 系列的微控制器采用新型结构制造,得益于其高度灵活性和高级外设集,实现了
一流的超低功耗性能。 STM32L4 系列产品的性能为应用提供最佳能量效率,在超低功耗领
域首屈一指。
STM32L4xx 器件基于 Cortex
®
-M4,具有 FPU 内核。它们的工作频率可达 80 MHz,并实现
了在 80 MHz 频率下具有 100 DMIPS 的性能,由于集成了 ART Accelerator™,还同时能保
持尽可能小的动态功耗。
STM32L4 系列产品具有 FlexPowerControl,它提高了功耗模式管理上的灵活性,同时降低
了应用的总体功耗。
STM32L4xx 器件嵌入了大量智能执行外设,具有多种先进的低功耗模拟功能,并且有多种
外设可使用低功耗模式。得益于批采集子模式 (BAM), STM32L4 系列的微控制器可在数
据与通信外设进行传输时优化功耗,同时其他器件处于低功耗模式。
低功耗设计与处理性能的结合,使得 STM32L4 器件能够达到领先的工业级 EEMBC
®
ULPBench™ 得分 ——150 分。
在 STM32F 和 STM32L 系列产品的雄厚基础上, STM32L4 系列产品集合了多种创新,能够
使不同模式下的功耗减到最小,同时保留大部分现有外设并很好地实现了引脚兼容,能够很
容易地从现有产品上进行移植。
得益于其内置内部稳压器和电压缩放,无论外部供电电压是多少, STM32L4xx 器件在活动
模式下都能保持尽可能小的消耗。这使得这些器件非常适合电池供电的产品,所需供电电压
可低至 1.71 V。
此外,其多个电压域允许以低电压为产品供电 (因而可以降低功耗),同时模数转换器和数
模转换器可以更高的电源和参考电压供电,可高达 3.6 V。
STM32L4xx 微控制器可支持电池备份域以保持 RTC 运行,并能支持 32 个寄存器 (每个寄
存器为 32 位宽),该寄存器组在失去电源时能够保持内容。该可选备份电池可在有主电源时
充电。
STM32L4xx 器件支持 7 种主要的低功耗模式,其中每种都有多个子模式选项。这使得在低
功耗性能、短启动时间、可用外设集与唤醒源最大数量之间能实现最佳折中。
www.st.com
目录 AN4621
2/25 DocID027173 Rev 1 [English Rev 1]
目录
1 高能效处理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 FlexPowerControl 描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 多种低功耗模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 低功耗运行和低功耗睡眠模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 停止模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 待机模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.4 关机模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 多电源和电池备份域 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 超安全电源监控 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 一组外设调整它们可实现低功耗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 多功能的时钟管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4 版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
DocID027173 Rev 1 [English Rev 1] 3/25
AN4621 表格索引
3
表格索引
表 1. 80 MHz 系统时钟下 STM32L476 的性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
表 2. 不同模式运行下 STM32L476 性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
表 3. STM32L4 模式概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
表 4. 所有模式下的特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
表 5. STM32L4xx 时钟源特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
表 6. 文档版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
表 7. 中文文档版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
图片索引 AN4621
4/25 DocID027173 Rev 1 [English Rev 1]
图片索引
图 1. 电流消耗 vs. 系统频率 (25°C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
图 2. 功率分配结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
图 3. 对于不同存储器配置的 STM32L476 电流消耗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
图 4. STM32L4 闪存延迟 vs. VCORE 范围 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
图 5. 低功耗模式可能的转换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
图 6. 电源概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
DocID027173 Rev 1 [English Rev 1] 5/25
AN4621 高能效处理
24
1 高能效处理
STM32L4 系列产品围绕 Cortex
®
-M4 而构建,具有 FPU 和 DSP 指令集。
由于使用了关联到其存储器接口的 Cortex
®
-M4 内核,因而在运行模式下获得了很高的处理
性能 (以 DMIPS/MHz 表示)。为了能在 80 MHz 下全性能运行, STM32L4 嵌入了 ART
Accelerator
™
,它可屏蔽闪存访问等待状态,并且无论系统时钟频率是多少,都可达到 1.25
DMIPS/MHz。
通过动态调节内部供电电压来适应工作频率,可获得很高的能量效率,以 mA/DMIPS 表示。
这种方法称为 “ 欠压 ”。
STM32L4 微控制器提供了两个动态可选电压和频率范围:
1. Range 1 支持高达 80 MHz 的系统频率;
2. Range 2 支持达 26 MHz 的系统频率,并且效率提高 (比 Range 1 高了 15%)。
专用低功耗运行模式 (Low-power run mode, LPRun)使其可在 2 MHz 下运行,并且提高
了效率,比 Range 2 高了 20%。
这可通过利用内部低功耗稳压器为逻辑供电来实现。此模式下,具有独立时钟的外设仍然能
够在 16 MHz 内部高速振荡器 (HSI)下工作。这些外设为 I2Cx (x=1, 2, 3), USARTx
(x=1 至 5), LPUART1, LPTIMx (x=1, 2), SWPMI1。
图
1 显示了不同运行模式下 STM32L476 的典型电流消耗,它是系统频率的函数。
图 1. 电流消耗 vs. 系统频率 (25°C)
0.01
0.1
1
10
100
0.1 1 10
Vdd⭫⍷δmAε
仇⦽δMHzε
Range 1
Range 2
LP䘆㺂
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