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。
0 b* ?' v: i0 K$ G% tSTM32L4xx 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™，还能同时保持尽可能小的动态功耗。
9 D" c6 \. [; w& I: xSTM32L4 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。
( D% R" T0 X) U! j* w; Z为了能最大限度地使用电池并 / 或降低其成本，处理器工作模式的选择是很重要的。除了功耗考虑，还必须考虑应用约束条件。因此，微控制器需要能提供多种工作模式，以支持所有的应用，同时要使功耗性能始终接近最佳。
* }6 |8 e/ \8 U' K# G% M在许多超低功耗应用中，微控制器长期处于睡眠中，随后有很短时间的密集工作。
本应用笔记提供了定性和定量信息，以便能在开始实现和优化应用之前配置每个工作点 （频率、范围、低功耗模式 ……）。
1 R/ {, J* m! r3 z+ j' I# ]+ s  `本应用笔记采用了来自 EEMBC 工业标准的 ULPBench™ 基准作为参考实例，将计算和仿真与测量结果关联起来。
) W  y/ c$ O7 n

6 T  k$ G' N+ M1 ?% L* [! e. z1低功耗应用简介
) M0 [8 K( Y6 k* j; ^; Q& p在关注电池寿命的应用中，必须优化系统，以在最小功耗下提供最大性能和反应性。
这类应用通常包括两个不同阶段：
( ^% A1 Q  |! L- s- ^• PROCESS 阶段，其中，在规定时间间隔 （RTC）或外部事件 （GPIO，中断 ……）下，需要处理一些传感器或无线电信息。
( l/ U& Z. z* K6 d, b• INACTIVE 阶段，其中，系统处于睡眠，并等待 RTC 或 GPIO 唤醒。

( u7 _: D3 [9 D1 Y0 R- Q1 r

- N  B+ N$ g* {( ~; Z8 A
1.1 要考虑的关键参数
) v* q, D* D, c9 w7 b) D1 O3 E) j6 i两个阶段具有不同的性能标准 （除了功耗以外）：
• PROCESS 阶段要求在给定时间帧内执行一定数量的指令。
- N; D" a% a" B1 u: l3 L( T4 g• INACTIVE 阶段要求能保持一定的最少内容 （数据 RAM 保持）和唤醒能力 （外设，GPIO， RTC……），同时使功耗尽可能低。
而且，两个阶段之间的转换须支持不同的约束条件：
# E3 t- h/ {) E9 ]; {) Z• 睡眠到运行的转换要求在转换时具有快速唤醒时间且峰值电流 （也称为浪涌电流）最小，以便能够设置外部电源。
2 L3 j4 x& D4 S% ~) N• 运行到睡眠的转换不太关心其时间，但需要进行优化以节约能源。
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当面临这样突发型操作时，需要考虑四个参数：
5 J. F& B$ \- E+ K) X• 平均功耗。该参数 （Pavg，以 µW 表示）决定了电池大小，以支持所预期的自主性。
9 r% L. m; v1 u- i- V8 {• 最大峰值电流。该参数 （Ipeak，以 µA 表示）决定了可用的电池类型，以及需添加到板上的外部元件的数量和尺寸 （去耦电容）。
5 C9 u  T: v; O+ x" ]$ H, z• PROCESS 阶段的处理性能。该参数以 DMIPS 表示，它与 CPU 频率 （Freq）成比例。
• 反应时间。它是唤醒信号源激活和第一条指令执行之间的时间，通常在中断服务程序（ISR）内、上下文被恢复后 （Power，数据空间上下文，时钟 ……）。

! P; ]" m# q9 B2 j* t% c1.2 ULPBench™ 说明
( k5 J( A  f6 l/ ~; @$ l9 hEEMBC ULPBench™ 基准非常适合用来评估超低功耗性能。它是一种标准化测试，支持任何 8 位、 16 位和 32 位微控制器的特性。
/ c- T7 s+ R0 K3 y' H& A$ _* @至今，只有 CoreProfile 已经标准化。它支持对下列资源的能效进行评估：
• CPU， RAM 和闪存
! W( t# j6 a  |+ j* B• RTC 定时器和唤醒机制
$ O) @2 ^/ T: U! R" u% z9 W6 i$ d% Q• 32 kHz LSE
7 V! c( E, ^2 l4 d3 @. _# A! b/ F2 s• 电源管理电路
. ~- n- u/ @1 z7 F& [PROCESS 阶段中， EEMBC ULPBench™ CoreProfile 实现：
  F$ G2 w& x7 V" a- A5 _( z- Y7 p- I• 数据数组操作，包括置换和排序
• 利用 8 位和 16 位数学计算进行简单滤波
. V, j! x8 Y/ U1 D; I* a• 简单状态机
* v$ Z: a' m2 r  H• 简化的 RTOS，称为 TES，能够测试实时事件。
用来比较不同的微控制器时， ULPBench™ 结果以得分表示，它由平均功耗 （以 µW 表示）除以 1000 得到。
- g8 j, q$ s6 d. X
7 v* D4 M' m  F5 [+ V. l

* S" J2 h0 P, ]其中 Avg_current （µA）是电流消耗 IDD ，在 VDD = 3.0 V 时测得。

& o" w( `! _  ?9 B0 W2 STM32L4 系列产品低功耗特性
9 u7 Y& y4 `- W: c9 w9 M. K4 i2.1 多种低功耗模式
4 r6 p" d! S8 d, P5 X( k4 t) B, f/ G( XSTM32L4 系列的微控制器可实现多种不同的功耗模式，其中 7 种是低功耗的。
除了这些模式，通过选择不同的时钟源和频率，以及关闭不用的外设的时钟，可调节功耗。
在所有这些方法中，除了关机之外，安全功率监测欠压复位 （BOR）和 IWDG 可保持激活，以保证能够安全运行。
AN4621 中提供了更多详细内容。
1 o/ z; p: p( L3 ?1 h
/ Q  @: C$ R1 d* c2.1.1 低功耗运行和低功耗睡眠模式
除了那些能在 STM32Fx 系列产品上实现的模式 （睡眠，停止和待机）外，有两种低功耗活动模式可在 STM32L4 系列产品上使用，它们是低功耗运行和低功耗睡眠。
. c3 m! z' j( i; ~它们为应用提供了具有极低电流消耗的运行和睡眠模式功能，这种情形下一些外设不能关闭，或者 CPU 持续低速工作以使电流变化最小。
已经实现了多种功能来降低电流消耗：
• 内核逻辑由低功耗稳压器供电，以降低静态电流；
& [1 x. D7 a$ z$ j. A+ n• 在低功耗睡眠模式下，可关闭闪存 （掉电模式和时钟门控）。当处理器从 SRAM1 或SRAM2 执行时，它还可在低功耗运行模式下关闭；
1 z" a* W2 g( l8 Q3 T• 系统时钟频率最大限于 2 MHz。可选择 MSI 内部 RC 振荡器，因为它支持多种频率范围，低功耗睡眠闪存关闭时 MCU 总消耗很小，在 100 kHz 可低至 18 µA。
* A4 N, s: Q* Y. _* X+ T0 i, u) {
批采集子模式 （BAM）
STM32L4 微控制器支持功率高效批采集子模式 （BAM），其中数据利用通信外设传输，器
" c& m/ h9 ^* u* p3 u) P件其他部分处于低功耗模式。
这可通过利用以下配置进入睡眠或低功耗睡眠模式来实现：
• 睡眠 （或低功耗睡眠）模式下，仅 DMA、通信外设和 SRAM1 或 SRAM2 时钟使能；
• 睡眠 （或低功耗睡眠）模式下闪存关闭：闪存掉电，且闪存时钟门控关闭；
8 M9 `7 v5 h3 v3 m) v1 @$ y• 如果系统时钟可限制于 2 MHz 内，则主稳压器关闭 （以进入低功耗睡眠）。
4 b- t# `$ c' J低功耗睡眠模式下， I2C 和 USART/LPUART 外设仍然可由 16 MHz HSI 提供时钟。这允许支持 BAM，且 I2C 或 USART 速度可达 1 Mbps。
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0 m( l/ F; S. h$ W; K5 z2.1.2 停止模式
$ R, }# x4 }: ]5 YSTM32L4 系列产品实现了两个停止模式，具有完全 SRAM 和外设保持能力，并且由于使用了高达 48 MHz 的 MSI，能够在 4 µs 内唤醒。
6 j" M& j6 w9 W. h1 c0 _' p0 I  l在这些停止模式下，所有高速振荡器 （HSE， MSI， HSI）都停止，而低速振荡器 （LSE，LSI）可保持活动。外设可设置为活动的，需要时可使用 HSI 时钟，能够在一些特定事件（如 UART 字符接收或 I2C 地址识别）下唤醒设备。
Stop2 模式可实现专门机制，使保持电流尽可能低，同时允许非常快速的唤醒，从 SRAM 唤醒需要 5 µs，或从闪存唤醒需要 8 µs。
0 s* \, B5 l! y5 x! B$ ]8 {& `9 K0 C
% R& z5 f- d% ]" X, \2.1.3 待机模式
, u* b- ~" K- d3 d/ x3 d  W待机模式下， BOR 始终使能，这保证了在供电电压低于所选功能阈值时器件处于复位。默认待机模式下 SRAM 内容丢失。但是，可以保持 SRAM2 的内容 （有 230 nA 的额外电流消耗）。
* R" _* V# {% ~  j在待机模式下可在每个 I/O 上独立地施加上拉和下拉，这能够保持外部器件配置。
  F/ M5 g# h: c: f1 }借助某一个 （共五个）唤醒引脚、复位引脚或独立看门狗，能够从该模式唤醒。由低速振荡器 （LSE 或 LSI）定时的 RTC 在此模式下也是起作用的，具有唤醒功能。

- g. [0 l+ Y) L  b0 L. }
& ?" J7 m0 o6 u. a, _5 A/ k  n' W2.1.4 关机模式
在 STM32L4xx 器件上实现了新的关机模式，以延长电池供电应用中的电池寿命。
通过关闭内部稳压器，以及禁用耗电监控，该模式可实现最低电流消耗 （3 V 时消耗为 60 nA）。借助某一个 （共五个）唤醒引脚或复位引脚，能够从该模式唤醒。由低速外部振荡器（LSE）定时的 RTC 在此模式下也是起作用的，具有唤醒功能。

/ r4 R& X/ b$ X$ r  `* _/ _完整版请查看：附件
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