Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mikrocontroller mit Stromaufnahme <= 1 µA?


von Heiner (Gast)


Lesenswert?

Guten Morgen!

Ein ATtiny13a nimmt bei 3,3 V im Sleepmodus 'Power Down' ca. 5 µA auf.

Gibt es einen entsprechenden µC mit einer Stromaufnahme <= 1 µA?

Heiner

von Teo D. (teoderix)


Lesenswert?


von S. Landolt (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

> ... 5 µA ...

Im Datenblatt lese ich 0.2 uA.

von M. K. (sylaina)


Lesenswert?

Heiner schrieb:
> Ein ATtiny13a nimmt bei 3,3 V im Sleepmodus 'Power Down' ca. 5 µA auf.

Da ist aber nicht alles im Power-Down. Haste auch nicht benötigte Module 
(spontan fallen mir bei den AVRs sowasa wie TWI/AC/ADC/Timer usw. ein) 
definitiv ausgeschaltet? Der nackte AVR-Kern braucht, soweit ich mir 
erinnere, deutlich weniger als 1 uA im Power Down Modus.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Lesenswert?

Beim ATTiny2313 messe ich etwa 400nA = 0,4µA. Und das ist noch die 
ältere Architektur.

: Bearbeitet durch User
von Paul (Gast)


Lesenswert?

Heiner schrieb:
> <= 1 µA?

Die Probleme die mit kleiner 1µA auftreten können sind dir bewusst? 
Stichwort Störfestigkeit?

Geht es um eine Batterieanwendung? Dann sieh dir mal die Selbstentladung 
der jeweiligen Zellchemie an, dann kannst du abschätzen wie sparsam 
deine Schaltung sein muss und viel sparsamer würde ich sie dann auch 
nicht machen, um eine höhere Fehlauslösung zu vermeiden.

VG Paul

von Goethes Faust (Gast)


Lesenswert?

Als Faustregel kann man annehmen: 100 uA = ca. 1 Ah im Jahr.

von S. Landolt (Gast)


Lesenswert?

Na - da merke ich mir lieber, dass das Jahr (ziemlich genau) 
acht-sieben-sechs-fünf Stunden hat, und rechne den Rest gerundet im 
Kopf.

von Bernd (Gast)


Lesenswert?

Kleine PICs (z.B. PIC12F675) kommen im PowerDown auch unter 1µA. Dann 
ist aber wirklich alles aus.

Bernd

von Georg M. (g_m)


Lesenswert?

Heiner schrieb:
> Ein ATtiny13a nimmt bei 3,3 V im Sleepmodus 'Power Down' ca. 5 µA auf.

"Ein" oder "mein"?

von J. S. (jojos)


Lesenswert?

Die 32 Bitter sind da z.T. auch sehr sparsam, die brauchen wg. mehr Bits 
nicht mehr, sondern durch kleinere Strukturbreite eher weniger. Den Takt 
kann man per SW auch runterdrehen.
Dann muss man sehen was im power down noch aktiv sein soll, Oszillatoren 
brauchen wieder zusätzlichen Strom. Ein LPC824 braucht im deep power 
down 0,2 µA (bei 20°C, die Temperatur spielt auch eine Rolle), mit 
WakeUp Timer 1,1 µA. Wenn man extern wecken kann, dann spart das also 
auch einiges.
Im Betrieb spart man wenn man die PLL ausgeschaltet lässt.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

S. Landolt schrieb:
> Na - da merke ich mir lieber, dass das Jahr (ziemlich genau)
> acht-sieben-sechs-fünf Stunden hat, und rechne den Rest gerundet im
> Kopf.

Dann kannst du dir genauso gut merken, dass es Pi * 10^7 Sekunden hat.

von Goethes Faust (Gast)


Lesenswert?

S. Landolt schrieb:
> acht-sieben-sechs-fünf

Interessante Eselsbrücke!
Ich merke mir immer 8766 wegen Schaltjahr und runde dann auf Zehntausend 
stunden auf.

Auch gut zu wissen:
1 Gigasekunde = ca. 10 Pi Jahre
1 Nanojahrhundert = ca. Pi Sekunden

von Georg M. (g_m)


Lesenswert?

Bernd schrieb:
> Dann ist aber wirklich alles aus.

ATtiny402 mit RTC (32kHz):
0.7µA @ 3V

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Ich habe etwas mehr Erfahrung mit den Tinyx5, da messe ich ca. 0.1µA 
(Auflösung meines Messgeräts). Das dürfte beim Tiny13 nicht anders sein.
Irgendwas im Bereich 5 ... 10µA braucht der, wenn der WD-Timer noch 
läuft. Das vermute ich bei deinem Problem.
Ohne WD-Timer wird er nur durch den INT0, PCINT0 wieder aufgeweckt oder 
eben durch einen HW-Reset.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


Lesenswert?

Wurde noch nicht erwähnt.
MSP430 gibt es welche die sogar im "Stromsparmodus" (LPM3,5 was bedeutet 
das beispielsweise die Uhr u. ev andere Pheripherie läuft) unter 1µA 
Verbrauchen.
Und im LPM 5 Modus sind es dann gar nur noch einige pA wenn es sein 
muss.
Die Frage ist halt was willst du machen?
Und was für Platinenmaterial du verwendest usw denn bei xx pA sind oft 
die "Kriechströme" höher als der µC Verbraucht.

: Bearbeitet durch User
von Dyson (Gast)


Lesenswert?

HildeK schrieb:
> Ich habe etwas mehr Erfahrung mit den Tinyx5, da messe ich ca.
> 0.1µA (Auflösung meines Messgeräts). Das dürfte beim Tiny13 nicht anders
> sein.
> Irgendwas im Bereich 5 ... 10µA braucht der, wenn der WD-Timer noch
> läuft. Das vermute ich bei deinem Problem.
> Ohne WD-Timer wird er nur durch den INT0, PCINT0 wieder aufgeweckt oder
> eben durch einen HW-Reset.

BOD gibt es auch nicht umsonst.

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Dyson schrieb:
> BOD gibt es auch nicht umsonst.

Du hast recht, das hatte ich vergessen (verwende das fast nie).

von Andi B. (andi_b2)


Lesenswert?

EFM32 -
Current consumption in EM4H Hibernatemode
128 byte RAM retention, RTCC running from LFXO — 0.86 — μA
128 byte RAM retention, CRYO-TIMER running from ULFRCO — 0.58 — μA
128 byte RAM retention, no RTCC — 0.58 — μA

Current consumption in EM4S Shutoff mode
no RAM retention, no RTCC — 0.04 — μA

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Bernd schrieb:
> Kleine PICs (z.B. PIC12F675)

Patrick L. schrieb:
> MSP430 gibt es welche die sogar

Andi B. schrieb:
> EFM32

Lustig, wie hier alle Leute ihr Steckenpferd anpreisen.

Dabei kommt der ATTiny13A locker unter 1µA. Man muß es nur richtig 
machen und darf nicht z.B. die BOD angeschaltet lassen. Es wäre schön, 
wenn der TE sich mal dazu äußern würde, welche Bedingungen sein 
Wunsch-µC denn erfüllen muß. Dummerweise ist er auf Tauchstation 
gegangen.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Lustig, wie hier alle Leute ihr Steckenpferd anpreisen.

Ist ja ganz Normal, jeder nennt dass womit er Erfahrung hat (oder auch 
glaubt zu haben). So Steht es dann dem TO Frei einen den er mag, oder 
kennt, oder Glaubt zu kennen, auszusuchen.

Wir sind Keine Unimatrix, sondern Individuen, so kommt etwas 
Vielfältigkeit rein :-)

Axel S. schrieb:
> wenn der TE sich mal dazu äußern würde,

Tja Geduld, kann ja sein dass er erst am Wochenende wieder Internet hat?

Auf jeden Fall hat er jetzt eine große Auswahl :-)
Ich bin Damals zuerst mit dem µMe (ja das war noch ein 4 Bitter) und dan 
auf das TI Pferd gesprungen, weil es einfach damals die Einzigen waren 
die wenig saft brauchten. Heute kann das bald fast Jeder µC.
Die einen etwas besser die andern etwas schlechter. Aber die Anwendung 
gibt vor welcher das Optimum ist es kann ja sogar ein ARM sein?
:-D

: Bearbeitet durch User
von Georg M. (g_m)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Dabei kommt der ATTiny13A locker unter 1µA.

Selbst der deutlich größere ATmega328P verbraucht im Power-down nur 
0.1µA.

https://gist.github.com/JChristensen/5616922
http://www.gammon.com.au/power

von Dyson (Gast)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Lustig, wie hier alle Leute ihr Steckenpferd anpreisen.

Das ist doch nun wirklich nicht neu.

von Andras H. (kyrk)


Lesenswert?

Vorsicht, die uA-s hören sich gut an, aber man muss dafür auch etwas 
tun, damit man wirklich da hinkommt.

Wo willst du die Stromaufnahme messen? Am uC PIN oder, am Power Stecker 
deiner Leiterplatte? Am uC PIN wird es schwer, wenn es mehrere VCC PINs 
gibt, man kann die alle heben, oder halt die Leitungen dementsprechend 
unterbrechen und messen. Am Power Stecker, ist es am einfachsten, aber 
dann spielen andere bausteine auch herein. Zum Beispiel, du kannst 
sparen im uC so viel wie du möchtest, wenn der Linear Regulator dann 
konstant 4mA schluckt, sieht du davon nicht viel.

Wie willst du die Stromaufnahme messen? Klar, Messgerät anschliessen und 
messen. Aber kannst du auch von 1uA bis 1A messen? Kann das Messgerät 
dass ohne umschalten? Könnte eventuell Probleme machen wenn kurz die 
Spannungsversorgung unterbrochen wird. Kann das Messgerät automatisch 
umschalten? Wie schnell? Wenn du 1uA messen möchtest, und es brauch 
100ms bis es umschaltet, kann es seiteffekte haben? Wie zum Beispiel 
ungewollte resets, oder Fehlfunktion (SD Karte?). Einfachste Lösung ist 
ja dein Messgerät einstellen damit du 1uA messen kannst. Kurzschließen, 
und nur dann den Kurzschluss entfernen, wenn dein uC in Low Power ist, 
dann kurz messen und dann war es.

Wie lange willst du mit dem uC in Low Power sein? Meist muss man 
irgendwie wake up fähig sein. Dazu muss man kurz aus dem Low Power 
kommen, umschauen, ob da etwas ist, und wieder zurück. Zum Beispiel, 
Taster gedrückt. Kommunikation angefordert, irgend ein Analoger Wert 
änderte sich. Diese Polling, hat ja Einfluss auf die Messung. Man muss 
natürlich so etwas messen können.

Wie willst du die im Datenblatt versprochene Stromaufnahme erreichen? 
Man muss vorne rein im Design das berücksichtigen. Sprich alle Bauteile 
müssen sparsam sein,oder du musst die abschalten und trennen können. 
Querversorgung darf da auch nicht sein. Portpins richtig auf Low oder 
High ziehen. Kann schon tricky sein überhaupt bei der 1uA anzukommen. 
Man muss auch den Fehler finden können, zum Beispiel wenn man 1mA hat, 
dann zieht ja irgendwie 999uA. Aber wer? Man muss dann messen können, 
oder halt länger nachdenken, was im HW Passiert.

Hast du eine bestehende Design was du Low Power fehig machen möchtest 
oder startest du von Null?
Ich habe mal mit einer PIC32 Olimex board experimentiert. Prinzipiell 
habe ich da schon gesehen dass der Linear Regler 4mA ziehen wird und ich 
mit den PIC32 um sonst runter gehen, es wird nix bringen. Reglertausch 
kann da natürlich helfen. Dann hatte ich Probleme mit der SDKarte. War 
ja auch nicht elektrisch trennbar leider :( Hier habe ich erstmal den 
Schaltplan analysiert und Schätzungen gemacht wie tief ich kommen kann. 
Dann Messungen gemacht. Hat auch gestimmt. Dadurch habe ich den Linear 
Regler als Hindernis festgestellt.
Wenn du von Null startest, würde ich sagen nur erstmals den uC haben, 
und stückweise die externen Bauteile addieren. Und gucken wie der Sleep 
Stromaufnahme sich ändert. Bei Problemen immer korrigieren.

Prinzipiell gilt:
- Analyse von dem Design machen
- Erwartete Werte definieren
- Messungen durchführen
- Auswerten
- Korrektur vornehmen

Auch und nicht vergessen: Debugger kann ja die Messungen schon 
beeinflussen!!!!! Also alle Messungen am besten mit und ohne debugger 
durchführen!!!!

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


Lesenswert?

Andras H. schrieb:
> Auch und nicht vergessen: Debugger kann ja die Messungen schon
> beeinflussen!!!!! Also alle Messungen am besten mit und ohne debugger
> durchführen!!!!

Oder ein Debugger verwenden der die Messung grad Integriert hat :-)

So mache ich immer zuerst eine Grob-Abschätzung was die Schaltung 
braucht.

Wenn du gutes Werkzeug (Debugger) hast dann können die in pA und µW so 
wie auch µWh messen und du weist schon mal grob was die Schaltung 
braucht.

Aber eben wir allesamt sind am Rätselraten weil unsere Glaskugel deine 
Applikation nicht verrät ;-)

: Bearbeitet durch User
von Εrnst B. (ernst)


Lesenswert?

Andras H. schrieb:
> Debugger kann ja die Messungen schon
> beeinflussen!

Hatte ich tatsächlich schon... AVR im Stromsparmodus mit gemessenen 
0.0µA, ist aber gelaufen.
Der RX-Pin vom USB-Seriell-Wandler, der zum Debugausgaben-Mitlesen dran 
hing, hatte wohl einen Pull-Up. Das hat gereicht.

von Andras H. (kyrk)


Lesenswert?

Patrick L. schrieb:
> Wenn du gutes Werkzeug (Debugger) hast dann können die in pA und µW so
> wie auch µWh messen und du weist schon mal grob was die Schaltung
> braucht.

Kannst du da mal ein Beispiel nennen? Bisher habe ich noch so einen 
Debugger nicht gehabt. Aber es wäre schon interessant eins aus zu 
probieren der so etwas kann.

Microchip ICD 2,3,4 kann so etwas nicht (meine ich, bestromen schon, 
aber Strom messen denke ich nicht)
PICkit 3,4 auch nicht
iSystem Blau Boxen, huhh, bisher war da so etwas nicht drin, aber die 
haben ja extenstions, also könnte sein, dass man nach so was nur 
nachfragen müsste und für Geld gibt es da bestimmt etwas.
Lauterbach vielleicht?

Ich frage mich wie man dann damit umgeht dass es rasch von pA auf mA die 
Stromaufnahme hochgehen kann. Wie bekommt man das schnell genug hin dass 
man die Messwiederstände so schnell hin und her schaltet. Na bestimmt 
gibt es dafür eine Lösung. Vermutlich mit OpAmps die dann automatisch 
weitere Wiederstände schalten, mit wenig Verzögerung. Sonst bei 
Handgeräten ist es ja vermutlich eine langsamere Sache.

von Andras H. (kyrk)


Lesenswert?

Ja genau, so etwas kann locker passieren. Bei 1uA reicht schon ein 
Pull-Up irgendwo um über die Internen Protection Dioden den Chip zu quer 
versorgen. Das kann der Debugger auch schon machen.

Es gibt nicht nur HW bedingte Probleme, sondern teilweise SW bedingte 
Probleme. Je nach Controllertyp kann der Debugger zum Beispiel 
verhindern, dass das Teil ins Deep Sleep kommt. Oder verursacht sofort 
einen Wake Up. Es gibt ja auch ab und zu mal Bugs, wo zum Beispiel der 
Teil durch den Debugger so geweckt wird, dass da etwas schief läuft und 
es nur durch ein VCC reset wieder geheilt werden kann.
Es kann ja auch sein, dass ein Debugger noch nicht völlig ausgereift 
ist. Bei neuen Controllern kommt das eher schon vor. Und kann den Sleep 
Mode nicht so ganz richtig unterstützen.

Ich würde bei Sleep Themen immer empfehlen, mit und ohne (komplett 
trennen) debugger zu testen!
Und die Test so oft wie möglich zu machen. Denn es gibt ab und zu 
stochastische Probleme die nur selten kommen. Kleine Window wenn da ein 
Wake-up trigger kommt, hängt das Teil.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


Lesenswert?

Patrick L. schrieb:
> Andras H. schrieb:
>> Auch und nicht vergessen: Debugger kann ja die Messungen schon
>> beeinflussen!!!!! Also alle Messungen am besten mit und ohne debugger
>> durchführen!!!!
>
> Oder ein Debugger verwenden der die Messung grad Integriert hat :-)
>
> So mache ich immer zuerst eine Grob-Abschätzung was die Schaltung
> braucht.
>
> Wenn du gutes Werkzeug (Debugger) hast dann können die in pA und µW so
> wie auch µWh messen und du weist schon mal grob was die Schaltung
> braucht.
>
> Aber eben wir allesamt sind am Rätselraten weil unsere Glaskugel deine
> Applikation nicht verrät ;-)

Bei ARM Cortex Implementierungen sehe ich regelmäßig um die 100-200uA 
mehr Verbrauch, wenn auch nur 1x das Debug interface aktiviert wurde.

Daher ziehe ich eigentlich immer den Connector zum Debugger und drücke 
Reset oder mache einen Power-Cylce.

Andras H. schrieb:
> Ich frage mich wie man dann damit umgeht dass es rasch von pA auf mA die
> Stromaufnahme hochgehen kann. Wie bekommt man das schnell genug hin dass
> man die Messwiederstände so schnell hin und her schaltet. Na bestimmt
> gibt es dafür eine Lösung. Vermutlich mit OpAmps die dann automatisch
> weitere Wiederstände schalten, mit wenig Verzögerung. Sonst bei
> Handgeräten ist es ja vermutlich eine langsamere Sache.

Ich habe hier ein JouleScope für solche Messungen. Wenn du dir das 
User's Manual ansiehst, dann schreiben die wie sie dieses Problem gelöst 
haben.

Das kann aber auch "nur" 1.5nA Auflösen bei 3A max...

73

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Andras H. schrieb:
> Kannst du da mal ein Beispiel nennen?

Ich verwende den MSP-FET430 mit IAR (Siehe Bild)

(Weis nicht ob es das für den Microchip  auch gibt, ) Da verwende ich 
den ICE Debugger. mit Zusätzlicher Messschaltung. Weil ich nicht weis ob 
die IDE für den Microchip dieses auch kann.

: Bearbeitet durch User
von Andi B. (andi_b2)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:
> Lustig, wie hier alle Leute ihr Steckenpferd anpreisen.
>
> Dabei kommt der ATTiny13A locker unter 1µA. Man muß es nur richtig
> machen und darf nicht z.B. die BOD angeschaltet lassen.

Ja genau. So wie du auch. Aber wenn ich lese, dass nichtmal der BOD 
aktiv sein darf, was ja weiter oben schon mal stand, um unter 1uA zu 
kommen, dann sehe ich mir das Datenblatt deines Steckenpferdes gar nicht 
mehr an.

Wenn der TO wirklich Interesse hat, dann muss er ohnehin in die 
Datenblätter schaun und diese mit seinen Wünschen vergleichen. Hinweise 
hat er ja nun. Die Ausgangsfrage beantwortet. Und zwar ausführlicher als 
der TO sie gestellt hat. Denn da hätte ja ein einfaches Ja gereicht.

von Dyson (Gast)


Lesenswert?

Andi B. schrieb:
> dann sehe ich mir das Datenblatt deines Steckenpferdes gar nicht
> mehr an.

Verstehst du sowieso nicht.

Einige AVR können den BOD im Sleep automatisch abschalten. Händisch geht 
es bei allen.

von Sebastian S. (amateur)


Lesenswert?

Ohne weitere Informationen lohnt sich das Ganze nicht.

Heiner testet wohl gerade seine neue Taucheruhr.

All' die oben angeführten Stromaufnahmen gelten ja nur im Modus: Tunix.

Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass es sinnvoll ist einen kleinen 
Kontroller einzusetzen um nur die Batterielaufzeit zu überprüfen.

von Andi B. (andi_b2)


Lesenswert?

Dyson schrieb:
> Andi B. schrieb:
>> dann sehe ich mir das Datenblatt deines Steckenpferdes gar nicht
>> mehr an.
>
> Verstehst du sowieso nicht.
>
> Einige AVR können den BOD im Sleep automatisch abschalten. Händisch geht
> es bei allen.

Danke für deine Einschätzung. Wenn ich nicht schon vor 20 Jahren 
begonnen hätte diese AVRs auszumustern, dann hätte ich mich jetzt 
vielleicht auf eine Diskussion eingelassen, warum man einen Schrott ohne 
BOD verwenden soll, anstatt was moderneres, viel leistungsfähigeres. Es 
gäbe ja durchaus Argumente dafür. Aber sicher nicht mit einem 
überheblichen Gast ohne Manieren.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


Lesenswert?

Sebastian S. schrieb:
> All' die oben angeführten Stromaufnahmen gelten ja nur im Modus: Tunix.

Na ja beim TI ist LPM3.5 nicht (TuNix) sondern Mache es dir Gemütlich.
und im LO-OSC Mode ist bei richtiger µC Wahl und Programmierung mit 
einer Stromaufnahme von rund 5,4µWh ein gemütliches Arbeiten mit LF-OSC 
20kHz möglich. und wenn das nicht reicht max 40,5µWh bei 1Mhz ein 
relativ zügiges Arbeiten Möglich.

Da muss es schon eine sehr kleine Batterie sein, das der MSP430 sie 
lehr-brauchen konnte bevor sie sich selber zerstört bzw lehr-gesaugt 
hat.

Und ja im (TuNix)bzw (Warteaufetwas) Mode ist er da im LPM4 mit 3.15µWh 
zufrieden...;-)

Bei einer CR2032 mit rund 594000µWh Energie, wäre das dann:
TuNix    :594000µWh / 3.15µWh = 188'571.428571429h
Gemütlich:594000µWh / 5,4µWh  = 110'000h
Flotter  :594000µWh / 40,5µWh = 14'666,6666666667h

Also bei geschicktem Aufbau und guter Programmierung,
eine Laufzeit von über 100'000h = rund 4'167 Tage = rund 11 Jahre...

Ich denke das ist Grund genug mein "Steckenpferd" zu erwähnen.

73 55

: Bearbeitet durch User
von Lifex (Gast)


Lesenswert?

>Als Faustregel kann man annehmen: 100 uA = ca. 1 Ah im Jahr.
Ich hab ne Elektronik hier mit ner CR123. Seit 2001. Läuft imme noch

von John (Gast)


Lesenswert?

Lifex schrieb:
> Ich hab ne Elektronik hier mit ner CR123. Seit 2001. Läuft imme noch

Selbst gebaut? Was ist es, und was macht es?

Mein Timer ist erst 7,5 Jahre in Betrieb. Wird fast täglich benutzt. Zum 
Teil mehrfach.
Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2015)"

Gruß
John

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.