板子功耗高的原因有哪些

低功耗蓝牙应用对功耗要求越低越好，功耗越低电池续航时间就越长，用户体验就越好。当你发现你板子功耗偏高时，建议按照如下步骤进行自检：

1)       确认理论功耗值。BLE功耗跟广播间隔或者连接间隔是成正比关系的，所以20ms连接间隔下的功耗几乎是1s状态下的50倍！，单纯地问“1mA功耗高不高？”是没有意义的，必须结合特定的应用场景才有意义。不管是广播还是连接，特定的使用场景会有一个理论功耗值，大家可以访问网址： https://devzone.nordicsemi.com/power/，以获得你的使用场景下理论功耗多少，比如连接模式下，每1秒钟发20个字节的数据包，这种模式下理论功耗为：7.5uA

 

 

2)       确定板子漏电流。如果板子包含的元器件比较多，那么也有可能是其他非nRF5元器件导致的高功耗，比如传感器，codec，或者电路设计本身的问题等。为了确定高功耗是来自nRF5器件还是其他器件，根据自己的情况，有如下三个方法供你参考：一如果你的固件可以直接在Nordic官方DK上运行，那么你可以把你的固件直接下载到DK上，然后通过DK测量nRF5芯片的功耗，如果这个功耗正常，那么大电流应该是由其他非nRF5元器件引起的；如果这个功耗偏高，那么大电流的确是由nRF5芯片固件引起的，此时请参考后续操作步骤说明。二如果你的固件不能在DK上直接运行，那么可以让nRF5芯片进入深度睡眠模式（System OFF模式），此时nRF5芯片功耗只有零点几微安，nRF5芯片所有IO口将处于floating状态，此时再测量板子电流。如果板子电流恢复正常，那么大电流应该是由nRF5芯片固件引起的；如果板子电流还是不正常，那么大电流应该由其他非nRF5元器件引起的。关于如何进入深度睡眠模式，你可以参考工程：SDK安装目录\examples\peripheral\ram_retention\pca10040\blank\arm5_no_packs，或者参考ble_app_hrs工程中函数：sleep_mode_enter。三如果你的板子太复杂，无法按照上面两种方法来确定漏电流，那么只能将板子其他非必需元器件焊下来，只留下一个nRF5最小工作系统，然后再测量此时的板子电流是否正常。

3)       确定板子已经退出J-Link模式。如果板子一直是电池供电，那么在某些情况下，即使程序下载完成而且运行正常，此时板子有可能还处在J-Link模式。J-Link模式下板子会有2mA左右的额外电流。要退出J-Link模式，有2种方式，一是给板子进行上电复位，二是通过nrfjprog发出—reset指令（nRF52系列）或者—pinreset指令（nRF51系列），两种方式都能让板子退出J-Link模式，从而进入应用模式。

4)       如果最终确认大电流的确是由nRF5芯片引起的，那么几乎可以肯定系统在进入idle模式（System ON模式）之前，没有关掉不需要的模块。模块没有关掉，它就一直在耗电，从而导致功耗过大。Idle模式下，如下模块会耗费比较多的电流，若允许建议全部关掉。

• Idle模式。先说明一下什么是idle模式，所谓Idle模式，Nordic芯片手册也称为System ON模式，就是CPU可以不工作而外设可以继续工作的一种低功耗模式。idle模式下，当CPU和所有外设都不工作时，系统电流只有1.2uA左右。（注：除了idle模式，nRF5芯片还支持一种更低功耗的低功耗模式：sleep模式（Nordic芯片手册称为System OFF模式），sleep模式下，CPU和所有外设都强制关闭，所以功耗非常低：只有零点几微安。由于sleep模式下，芯片无法发出广播包或者与手机保持蓝牙连接，所以sleep模式在BLE应用中运用得并不是很多）。Idle模式可以被任何中断唤醒（sleep模式只能被IO口唤醒），所以idle模式在实际应用中使用得比较多。在idle模式下，芯片仍然可以正常发出广播或者与手机保持蓝牙连接，所以大部分BLE应用都是工作在idle模式下，这样既保持了BLE功能又可以实现低功耗。有softdevice时进入idle模式的函数是：

sd_app_evt_wait

         无softdevice时进入idle模式的代码是：

  __WFE();
 // Clear the internal event register.
 __SEV();
 __WFE();

      这里我们顺便把进入sleep模式的函数也贴出来，供大家对比参考。有softdevice时进入sleep模式的函数是：

sd_power_system_off

     无softdevice时进入sleep模式的代码是：

// Enter System OFF and wait for wake up from GPIO detect signal.

NRF_POWER->SYSTEMOFF = 0x1;

     不管softdevice有没有使能，idle模式下的电流都很低，只有1.2uA左右

• UART/UARTE。由于UART需要实时检测RX线上有没有下降沿，所以一旦UART初始化成功，高频时钟将一直处于打开状态，从而导致UART模块消耗的电流比较大，虽然UART模块本身只需要55uA的工作电流，但是为了配合UART工作其他外设（比如时钟电路）需要消耗250uA左右电流，因此普通UART需要消耗300多微安电流。Nordic还有一个增强型UART：UARTE，它是带DMA功能的，而DMA还需要消耗额外的1~2mA电流，这样UARTE工作的时候需要消耗1mA多电流。因此在进入idle模式之前，强烈建议将UART关掉，以节省系统功耗。注：为了达到低功耗和实时性双重目的，在设计UART通信的时候，我们经常会额外再加2个GPIO口用来通知对方UART要传送数据了。关闭uart的API为：nrf_drv_uart_uninit或者app_uart_close。
• CLI/UART。如果你使用了CLI/UART模块，请使用cli模块自带的uninit函数去关闭本模块。当cli模块和RTOS结合一起使用的时候，经常发现cli模块关闭不彻底，从而导致idle模式下功耗还是很高（比如450uA左右），此时有可能需要多次调用nrf_cli_uninit这个函数，从而确保cli/uart模块真正被关闭了。
• GPIOTE。GPIOTE中断有两种工作模式：高精度模式（hi_accuracy为true）和低精度模式（hi_accuracy为false）。hi_accuracy为true将使能IN event中断；hi_accuracy为false将使能Port event中断。IN event中断功耗比Port event中断高10~20uA（nRF51将高出几百微安），因此如果应用逻辑允许的话，那么建议使用低精度模式，即使用如下初始化语句：

 GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(false)   //低功耗低精度IO口中断模式

• DMA。Nordic大部分外设都自带DMA功能，如果DMA可以关闭的话（有些设备DMA是不能关闭的），用完DMA之后，记得把DMA关掉，否则会有1~2mA左右的功耗。使用ADC的时候尤其要注意这点。
• FPU。每当程序要执行浮点数运算的时候，Cortex M4F会自动把FPU打开，FPU是耗能大户，其将消耗7mA以上的电流。此种情况下，进入idle模式之前必须手动关闭FPU，手动关闭FPU代码如下所示：

/* Clear FPSCR register and clear pending FPU interrupts. This code is base on

         * nRF5x_release_notes.txt in documentation folder. It is necessary part of code when

         * application using power saving mode and after handling FPU errors in polling mode.

*/

__set_FPSCR(__get_FPSCR() & ~(FPU_EXCEPTION_MASK));

(void) __get_FPSCR();

NVIC_ClearPendingIRQ(FPU_IRQn);

• Timer0/1/2/3/4。Timer的工作电流大概为5~50uA左右（nRF51功耗会更高），对低功耗应用来说，已经非常大了。如果你的定时精度要求不高，而且是毫秒的倍数，那么强烈建议你使用app_timer来实现定时功能，app_timer的功耗只有0.2uA左右。
• SPI/TWI/ADC等。在进入idle模式之前，建议把SPI/TWI/ADC等模块也uninit。大家可能会担心反复init和uninit同一个模块会不会有问题？这个不用担心，目前还没看到任何副作用。
• ADC。最新的ADC驱动引入了一个宏：NRFX_SAADC_CONFIG_LP_MODE，如果你发现uninit ADC后，功耗还是很高，建议打开这个宏，再试一下，功耗有可能就降下来了。
• 带DMA功能的UARTE。如果你的UART使用了DMA功能，测试时，发现大部分时候uninit UART后功耗都正常，偶尔会出现uninit后功耗降不下来的情况，请把这句话加在main函数的开始：

  *(volatile uint32_t*)(0x4007AC84) = 0x00000002;

5)         还有一种电流异常情况：大部分芯片功耗是正常的，只有少部分芯片功耗是异常的。这种情况一般都跟IO口状态有关，如果碰到这种情况，建议对芯片每个IO口进行重新初始化，或许问题就解决了。

• 若无特殊情况，避免使用输入/NOPULL配置。输入模式下，要不使用内部上拉或下拉，要不使用外部的。
• 如果不知道该如何配置一个IO口在idle模式的状态，建议设为默认状态，即Floating状态。
• 已使用IO口。不管nRF51还是nRF52，尤其这些IO口被用作为其他外设比如IIC/SPI等，哪怕IO口之前已经是确定状态，在进入idle模式之前，建议对其再次进行初始化，或许问题就解决了。
• 未使用IO口。这个问题好像只有nRF51802才有而且跟板子也有关系，在进入sleep模式或者idle模式之前，对未使用的IO口进行非floating初始化，即把它设为输入上拉或者下拉，而不是默认的Floating状态。（其他芯片好像没有发现这个问题）