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在几周前，我尝试了用 CH32V003 这颗几毛钱的 MCU 来驱动电子墨水屏（文章见 《7毛钱的 MCU CH32V003 驱动 1.54 寸电子墨水屏》），主要是为了想试试低功耗应用的开发。
之前一直玩的 ESP32，总体来说功耗还是比较大，在查了 CH32V003 的手册之后，看到它的待机模式电流可以到小于 10uA，就准备试试看。
PS. 这篇主要是从一个新手的角度去了解了一下低功耗应用开发，以及记录在功耗优化中踩的坑，如有不足或差错，还请指点。
应用设计功能目标
之前已经完成了墨水屏的驱动，大概设计了一些这个设备的功能目标：
- 每 10 分钟更新一次屏幕，显示与标记时间的间隔
- 如果没有按住功能键，唤醒时只更新屏幕
- 续航可以到达半年以上
另外这里用了 RTC 芯片作为时钟，查了数据手册，功耗 0.1uA 以内，就不用额外考虑了 🙈。
最近一直在用的 MCU 是 CH32V003，比较熟悉，主控还是选它了。
CH32V003 的低功耗模式
CH32V003 官网：https://www.wch.cn/products/CH32V003.html
根据 CH32V003 的数据手册，它提供了两种低功耗模式：
- 睡眠模式
- 待机模式
这里因为应用本身在大部分时间里，MCU 都不需要工作，也不需要刷新屏幕，为了达到最长续航时间，就选用待机模式了。
待机模式电流
在数据手册里可以看到，3.3V 供电的情况下，开启 LSI 待机模式下只有 9.1uA 的电流。
续航预估
为了让墨水屏上的时间能及时更新，这里设置为 10 分钟刷新一次，刷新一次时间全部时间大概 3s，期间平均消耗电流为 5mA，并且待机期间，整体电流可以降到 10uA 的话，那么如果使用一块 400mA 的锂电池，可以大概计算一下理论续航可以到多久。
计算公式：
代入数值：
在这种工况下，理论续航超过一年了，已经超过我的预期了 🙈。
当然这些是在没有锂电池的自放电，以及实际工况是否如此理想的情况下计算得出的，实际续航应该是没办法到这么长的。
自动唤醒 AutoWakUp
在官方例程的 PWR/Standby_Mode 示例中，演示了通过 AWU 事件来唤醒 MCU，来继续执行代码：
但是我没太弄明白这里时间怎么计算的，幸好 AI 给了我答案 😂，在询问了 DeepSeek 之后，给了计算方法，以及如何实现更长的待机时间。
功耗优化之路
作为一个新手，PCB 原理图设计一开始也只能保障一下整体跑通，至于低功耗哪里有坑是完全不知道的，只能一步一步调试发现了。
在开始验证板进行测试的时候发现，即使已经进入休眠模式，墨水屏也进入休眠模式，电流还是有 280uA，就开始了漫漫排查路。
IPD vs. Floating
在官方例程中，Standby_Mode 会将所有 GPIO 设置为输入下拉模式（IPD）。
这理论上应该没有问题，但是不知道为什么，在我把 GPIO Mode 改成 GPIO_Mode_IN_FLOATING 后，整体功耗从 280uA 降到了 180uA，可能是因为 I2C 上拉以及墨水屏驱动板哪里还存在电流回路，导致了额外的消耗。
I2C 上拉电源
在一开始，I2C 上拉电阻也是直接连接到了电源输入上，这应该就导致了上面 Input Pull down 改成 Input Floating 之后所得到的功耗优化。
后面为了避免可能存在的 I2C 上拉损耗，我也给它加上了 PMOS 控制电源 🙈。
E-ink 休眠 vs. PMOS 关断
电子墨水屏控制器本身是有休眠模式的，但是在使用过程中，发现即使休眠了还是会存在功耗比较大的情况，在没办法确定是驱动电路的问题，还是控制器本身的问题的情况下，决定直接简单粗暴的解决，在墨水屏的供电前加上 PMOS 控制，电子墨水屏刷新完直接断电。
这样操作之后，整体功耗从 180uA 降到了 80uA。
去掉 LDO
经过一番优化之后，发现电流还是有 80uA，这个时候将目光放到了 LDO 上，我也上网搜到了一篇文章介绍 LDO 参数在实际使用过程中可能存在的理解偏差。
电子工程师手记：超低功耗LDO选择指南：https://haipeng.me/2020/08/27/ultra-low-iq-ldo-guide/
根据静态电流的定义，Iq是指没有任何负载（No Load）的情况下的接地电流消耗。所以对实际的应用而言，Iq有时就成为了一个会“骗人”的参数，因为在实际电路应用中，几乎不会出现“完全没有任何负载”的情况下。
这就简单了，CH32V003 本身是支持最大 5.5V 供电，完全可以直接从电池供电，但是因为电子墨水屏最大支持 3.7V，还是需要想办法降个压，这个时候想到了通用二极管。压降 0.5V，直接串联到电池和供电中间，刚刚好。
再测试一下功耗，就差不多从 80uA 降到了 28uA，但是这个数值一直在波动，可能跟万用表的精度以及 MCU 工作状态相关。
最终功耗测试
在修改完以上所有问题之后，最终打了块板子测试 3.3V 供电时电流，基本上可以稳定在 10 几 uA 了，下面是测试的时候，待机时电流消耗差不多 17uA。
不过这个只是瞬时电流，不能完全体现出在持续工作过程中的电流消耗，需要买个功耗分析仪才能准确测试出功耗表现和计算续航。
但是从结果上来说，我已经满意了，就算续航不到一年，总该够半年吧 🙈。
锂电池放电曲线的坑
在开始测试的时候，发现锂电池电压掉得很快，3 天左右就从 4.140V 降到 4.060V，如果按线性降到 3.7V 来算，这续航只有一个月了 😂。
不过幸好后面在降到 4.038V 时，3 天了也只降到 4.034V，这样一算，可能续航还是有一点保障的。
也许该去买个功耗分析仪来测量出准确数据了。
一点点体会
生活中常见的设备可能都是几 W 几十 W 的功耗，根本不会在意那一点点 uA 级别的电流消耗，但是在低功耗的世界里，一点点漏洞可能就会把续航干趴下，还是得正经产品的开发保持敬畏。
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