NB-IoT 设备低功耗（硬件设计）一直是开发者和用户非常关心的问题，也许会问：

1. 这个设备多大电池容量？

2. 这么大容量电池能用多久？

3. 一次性电池还是充电电池？

4. 待机功耗多少微安(uA)？

5. 数据发送功率多少？平均电流多少毫安(mA)？

6. 低功耗计算公式怎么算出来设备可以用（3-5）年？

7. 采用什么样的低功耗单片机和元件？

8. 如何测定当前的功耗？
   

等等，还有很多很多关于低功耗的疑问，下面一一解答。

一、单片机(MCU)

• 选择具备多种低功耗工作模式的MCU，如：run，stop，standby等等；

• 开启带有RTC的STOP模式，由RTC定时唤醒MCU；

• 支持宽范围供电，如：1.8v-3.3v，运行在1.8v电压模式下比3.3v电压模式下更加省电;

• 不需要大量计算模式时，尽量降低MCU工作主频到最低；

• 硬件设计时，低电压工作模式和高电压模式可以通过物理开关进行切换；

• 不使用IO尽量配置模拟输入，模拟输入模式下，不会产生漏电；

• 耗电比较大的元件和传感器，尽量独立IC供电，减少使用MCU负载；

二、电源芯片（IC）

• 开关电源

  选择具备开关信号控制的开关型电源IC，有助于在调试和使用阶段的电源控制，通过单片机IO口控制电源开关，灵活一些；
  

• 低压差相信稳压器（LDO）

  选择LDO的好处是IC本身耗电比较少，尽量选择待机功耗（没有负载时）在几uA（比如：5uA）级别，工作电流尽量小，比如几十uA；

• 低内阻

  电源IC尽量选择低内阻型，这样没有负载时，IC本身不会有漏电；
  

• 待机低功耗

  其实，长时间运行的NB-IoT设备待机功耗非常重要，而电源IC是一直处于工作模式，所以，务必选择电源IC要慎重。

三、NB模组

• 需要独立供电，使用开关型电源（LDO型）作为单独电源整形输入，至少保持500mA以上的电流负载；

• 如果有需要使用信号发送LED灯，建议由MCU驱动LED，减少NB模组负载；

四、电路设计

• 弃用MCU驱动IO口，改用有LDO输出的VDD上拉电阻，可以有效减少MCU的功耗；

• 如果需要设计USB电源输入，建议使用Micro USB接口；

• 具备锂电池充电电路，带保护模式；

• 充电电流根据电池容量大小来决定，比如1000mA电池，建议采用250-350mA充电电流，3-4小时充满，不至于电池太热，也可以有效保护电池寿命；
  

• 电池电量检测，采用电阻分压时建议使用1M欧姆左右；或采用专用IC检测电量；

• 带中断触发的传感器

五：QA

1. 如何测定当前电流？

   答：在电池负极串入一个支持uA级电流检测的万用表，观察电流变化；或使用稳压电源设备作为NB设备的电源输入（稳压电源需要支持至少5位数显以上），可以观察不同输入电压下NB设备对功耗的影响。

2. 长时间运行低功耗设备，电池寿命计算公式是什么？如何测算电池能够使用多少时间？

   答：假设电池容量1000mA，10分钟发送一次，每次5秒60mA瞬时电流，待机50uA电流，经过测算，大概过程如下：

   
   

   60mA * 5 = 300mA 0.05mA * 595 = 29.75mA ， 300 + 29.75 = 329.75mA，发送一次；

   329.75 * 6 次（一小时6次） / 3600 = 0.54958 mA * 24小时= 13.19mA 每天耗电；

   1000 / 13.19 = 75.82 天

   经过我们实际测试，由于电池自放电关系，信号轻度关系，温湿度关系等等环境因素，1000mA电池在可以工作40天左右。

   
   

3. 有没有推荐的低功耗单片机和电源IC？

   答：低功耗单片机可以使用ST公司L系列，低端设备推荐用STM8，STM32L0或STM32L1，高端一些的设备推荐使用STM32L4系列单片机；电源IC推荐使用TOREX 公司的XC系列，XC6503支持最大500mA电流，XC6220支持最大1000mA电流。

4. 使用一次性电池还是充电电池？

   答：水表气表推荐使用一次性锂亚电池，电池容量大，且放电稳定，支持3-5年长时间放电；功率较大，传输频繁的NB设备建议使用聚合物充电电池，电池稳定，放电电流大。常见的18650电池容量尽量选择2000mA以下，这样稳定一些。

欢迎读者提出更多的关于低功耗硬件设计的问题，也欢迎大虾批评指正，共同探讨低功耗设计。

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