Leistungsaufnahme von Mikrocontrollern

Einleitung

Bei der Auswahl eines Mikrocontrollers für eine bestimmte Aufgabe steht man vor dem Problem, die Leistungsaufnahme verschiedener Typen zu vergleichen. Allerdings ist das nicht ganz so einfach. Unzählige Betriebszustände z.B. Sleep Mode, Betriebsspannungen, Familien und Unterfamilien, neue Revisionen etc. machen einen Vergleich schwierig.

Dennoch ist es möglich, eine gute Orientierung zu liefern, wenn man sich auf einheitliche, praxistaugliches Vergleichsbedingungen einigt. Das soll in diesem Artikel versucht werden.

Vergleichskriterien und Vergleichsbedingungen

So ziemlich alle Mikrocontroller von heute basieren auf CMOS-Technik. Diese hat im statischen Fall (keine Takte und Signaländerungen) nahezu Null Strombedarf. Nur wenn Signale ihren Zustand wechseln müssen parasitäre Kapazitäten umgeladen werden und es wird Strom benötigt. Der Zusammenhang zwischen Taktfrequenz und Stromaufnahme ist fast immer linear. Weiterhin ist die Ladungsmenge/Zeit (=Strom) von der Höhe der Betriebsspannung abhängig, was auch einleuchtet. Denn es ist ein Unterschied, ob man einen Kondensator auf 1,8 oder 5V aufladen muss. Dies läßt sich mit der lang bekannten Formel darstellen.

[math]\displaystyle{ P=V_{CC}^2 \cdot C_P \cdot f_T }[/math]

• P : Verlustleistung
• Vcc: Betriebsspannung
• Cp : Parasitäre Kapazität
• fT : Taktfrequenz

Daraus lassen sich folgende Vergleichskriterien aufstellen, nach denen die Mikrokontroller in die untenstehende Tabelle eingeordnet werden sollen.

• Stromaufnahme in aktiven Modus bei 1 MHz und 1,8/3,3V/5V (Aktiv); möglichst alle Komponenten aktiv
• Stromaufnahme im Schlafmodus mit laufender Echtzeituhr und 1,8/3,3V/5V (RTC); weitestgehend alle Komponenten inaktiv
• Stromaufnahme im tiefsten Schlafmodus bei 1,8/3,3V/5V (OFF); alle Komponenten inaktiv

Mit diesen Angaben kann man recht leicht den Stromverbrauch bei anderen Taktfrequenzen un Betriebsspannungen berechnen. Alle Angaben sollten den typischen Stromverbrauch bei 25C darstellen. Sollte es notwenig sein, von diesen Angaben abzuweichen, so muss das in der Spalte Bemerkungen erklärt werden. Um den Stromverbrauch spezieller Komponenten zu vergleichen wird eine zweite Tabelle benutzt.

Vergleichstabelle der Betriebsmodi

Stromaufnahme [mA]

Familie	Controller	Modus	1,8V	3,3V	5V	Bemerkung
AVR	ATmega88	Aktiv	0,25	0,5	0,9	-
AVR	ATmega88	RTC	0,004	0,007	0,009	-
AVR	ATmega88	OFF	0,0001	0,0003	0,0007	-
AVR	ATmega8	Aktiv	-	1,8	2,3	-
AVR	ATmega8	RTC	-	0,010	0,015	-
AVR	ATmega8	OFF	-	0,0004	0,001	-
AVR	ATmega324P	Aktiv	0,5	0,6	1,1	@2V, 3V, 5V
AVR	ATmega324P	RTC	0,0005	0,0006	-	@2V, 3V
AVR	ATmega324P	OFF	-	0,0002	-	@3V, no WDT
AVR	AT90S2313	Aktiv	-	2	5	AVR der klassischen Baureihe
AVR	AT90S2313	OFF	-	0,0001	0,0001	AVR der klassischen Baureihe

Vergleichstabelle der Module

Stromaufnahme [µA]

Familie	Controller	Modul	1,8V	3,3V	5V	Bemerkung
AVR	ATmega88	Brown Out	22	23	26	-
AVR	ATmega88	ADC	220	280	370	-
AVR	ATmega88	Analog Comparator	65	75	90	-
AVR	ATmega8	Brown Out	-	15	17	-
AVR	ATmega8	ADC	-	270	360	-
AVR	ATmega8	Analog Comparator	-	60	75	-
AVR	ATmega324P	UART	6	9.5	19	@2V, 3V, 5V @1MHz
AVR	ATmega324P	ADC	18	21	35	@2V, 3V, 5V @1MHz
AVR	ATmega324P	Timer0 - 8bit	5	9	15	@2V, 3V, 5V @1MHz
AVR	ATmega324P	Timer1 -16bit	9	15	30	@2V, 3V, 5V @1MHz

Links

• Strom sparen mit AVRs und RTCs