一、 介绍

    本文围绕 NXP KW38 的功耗进行分析，有如下几点：

1. KW39/38/37 无线 MCU 功耗。
2. 如何为实现低功耗进行硬件设计及优化。

    本文档旨在描述如何在实现最佳的低功耗配置的同时仍然保持系统的高性能。 KW38 是一款支持低功耗蓝牙  v5.0 协议的无线 MCU。理解本文档的前提是读者要了解智能蓝牙协议以及 Arm®MCU 架构和无线通信的基础知识。

  
               图 1-1    KW38/39/37 Chip

二、 KW39/38/37 无线 MCU 功耗

    KW39/38/37 是一个超低功耗，高度集成的单芯片设备，KW38支持多达 8 个低功耗蓝牙同时连接，可以作为主连接、从连接或任意组合。 KW38 的 RF 部分经过优化，只需要很少的外部组件，即可在电路板上实现最小的 RF 路径。

    极长的电池寿命是通过 Cortex-M0+ CPU 核心的代码执行效率和多种低功耗工作模式的KW38 实现的。此外，集成的 DC-DC 转换器在 Buck 模式下的工作电压为 2.1 V ~ 3.6 V 之间，在 bypass 模式下工作电压为 1.76 V ~ 3.6 V 之间。

    在 Buck 工作模式下，可以用单个纽扣电池驱动 KW38 ，从而显著降低峰值 RX 和 TX 电流消耗。
    图 2-1 显示设备的每个操作周期的电流消耗是如何随时间变化的：

  
                                                           2-1  无线低功耗终端设备的典型运行周期

  在上电时，系统执行所谓的上电复位，然后进行系统初始化。初始化完成后，系统进入低功耗模式。收发机从 RX 切换到 TX 的时间称为 RX 到 TX 的周转时间，是收发机的一个重要参数。

  注：当无线电工作时，MCU 还可以执行各种任务，如服务中断或控制各种外围设备等。

  低功耗蓝牙是为实现超低功耗电池供电设备设计的，但是一个真正的低功耗蓝牙设备的实际功耗主要取决于以下几点：

1. 低功耗蓝牙的应用程序配置文件
2. 应用程序的工作周期
3. 发射功率
4. 低功耗模式的软件管理
5. 电路板的设计和布局
   
   

三、支持低功耗操作的 MKW38硬件

   MKW38 SoC 的设计和构建采用了允许芯片在各种低功耗模式下运行的硬件特性。值得注意的特点是:

1. 多种 MCU 电源模式，包括低漏电的记忆保留模式
2. DC-DC 转换
3. 支持低功耗蓝牙链路层的睡眠模式
4. 外围模块时钟门控
5. 收发序列管理器 （TSM），当没有正在进行的 RX/TX 序列时，确保收发模拟和数字块不消耗功率
6. 专用电源管理控制器
7. 低功耗外设（LPTMR, LPUART）可以配置为唤醒源，以退出特定的低功耗状态

    芯片低功耗模式是 MCU 和 LL/Packet Processor 睡眠模式的组合。应用程序开发人员负责外设的时钟门控以及进入低功耗前的 GPIO 状态。每次发生同步或异步事件并需要处理时，系统应退出低功耗。 PMC 模块提供了多种电源选项，允许用户根据应用程序请求的功能级别优化功耗。

     DCDC模块是一种 SMPS (Switched Mode Power Supply)  DC-DC 转换器，具有两种工作模式：

• Buck: Vin = 2.1 V to 3.6 V
• Bypass: Vin=1.71 V to 3.6 V

     该模块可通过内部寄存器进行配置，以连续或脉冲模式工作，并提供 Buck 模式下的两个电压输出：VDD_1P8OUT = 1.8 V 和 VDD_1P5OUT = 1.5 V，MCU 在 RUN 模式下，禁用外设。

     转换器可以通过 PSWITCH 引脚启动，也可以设置为自动启动模式。

  

                                                                                  图 3-1 PSWITCH

    以下总结几点关于硬件设计及功耗优化的建议：

1. 与模拟引脚相关，该设备具有几个可选择参考电压的模拟块，主要是 16 位 SAR ADC 和CMP。电路板设计时应考虑芯片模拟引脚，并适当使用。
2. 外部模拟输入通常与数字 I/O 共享。为了在有噪声源或阻抗高的情况下提高性能，建议在这些输入端使用电容，电容应尽可能放置在接近芯片模拟引脚。
3. 可采用时钟门控机制降低功耗，例如：当外设不使用时，可以使用 SIM 模块中的 SCGCx 寄存器关闭它。
4. 复位后，时钟门控位被清除，这意味着在使用任何外设之前，必须设置相应的时钟门控位。否则，任何对外设寄存器的访问都将导致硬件故障。
5. 用户应用程序在设备进入睡眠之前以及在设备退出低功耗状态之后必须控制和设置 GPIO 端口的状态。连通性软件提供的回调函数，在设备进入低功耗状态之前和唤醒后被调用。
   
   

四、总结

    本文对NXP KW39/38/37 功耗做了简单分析，当然实现低功耗除了通过硬件设计和优化，还可以通过软件程序的配置进行优化，软件负责配置所有的硬件，以实现应用程序所需的最佳电源方案。大家如若对此感兴趣的话，欢迎联系博主~ 
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【参考文献】

• 《Kinetis KW38 Power Consumption Analysis》
• 《MKW39A512-datasheet》
• 相关网址：KW39/38/37 32-Bit Bluetooth 5.0 Long-Range MCUs|NXP | NXP Semiconductors