新一代nRF54L系列：进一步降低功耗

Wallytina

谈到nRF54L系列，22 nm工艺节点在降低功耗方面发挥了一定的作用，但功耗改进主要源于这无线 SoC/MCU的设计对系统级功耗的全面审慎处理。凭借积累了数十年的低功耗设计专业知识，Nordic Semiconductor工程师自始至终将低功耗放在首位，包括具有快速启动时间的超低功耗振荡器、专为低泄漏而设计的SRAM、更快的无线电升频和切换，以及能够在系统关闭（最深度休眠模式）下运行的全局RTC。我们的开发人员还专注于低功耗软件，包括优化的驱动程序和无线协议栈。

本文将帮助你评测nRF54L系列的功耗。由于nRF54L系列是nRF52 系列的后续产品，我们将把它与nRF52840 SoC进行比较。与其他nRF52系列 SoC（包括广受欢迎的nRF52832）比较，也会有类似的改进。nRF54L系列所有无线 SoC 都具有相同的功耗特性，由于各SoC的RAM大小不一，因此只有在保留多少RAM方面存在细微差别。这些信息还有助于将nRF54L系列与其他正在生产、出样或计划出样的无线SoC/MCU进行比较。

我们将首先谈谈与MCU功能相关的改进，然后是无线电、低功耗蓝牙和Matter。最后，我们将介绍如何轻松地进行功耗测量。

MCU改进

处理效率

场景	nRF54L系列	nRF52840	Delta
CPU从NVM运行CoreMark	2.6 mA	3.3 mA	21 %
处理效率	20 µA/MHz (CPU从NVM/ 128 MHz运行CoreMark)	52 µA/MHz (CPU从NVM/ 64 MHz运行CoreMark)	-62 %

nRF54L系列的CPU时钟速率提高了一倍，达到 128 MHz，同时活动电流降低了21%，从3.3 mA降至2.6 mA。它还将处理效率大幅提高了62%（以 µA/MHz 计算）。这些改进对于计算密集型应用尤为有利，可以在更短的时间内完成更多处理，使得系统更快地进入休眠状态，并降低平均电流消耗。

休眠

场景	nRF54L 系列	nRF52840	Delta
系统开启，保留 256 KB RAM	3.0 µA	2.35 µA	+28 %
系统开启，无RAM保留	0.7 µA	0.97 µA	-28 %
系统关闭，全局 RTC 唤醒	0.8 µA	不适用*	N/A
系统关闭	0.6 µA	0.4 µA	+50 %

*对于nRF52840，在系统关闭时RTC不可用；而在系统开启时RTC唤醒电流为1.5 µA。

虽然nRF54L系列在几个关键场景中显着降低了活动电流和空闲电流，但某些电流数值仍高于nRF52840。主要原因是与 22 nm 工艺节点相关的泄漏增加，在特定情况下会导致休眠电流略高。不过，nRF54L系列也引入了新的功能，如系统关闭时的全局 RTC，其电流低于 nRF52840 上的同类电流，并在更多的使用情况下实现更深度的休眠。

无线电改进

场景	nRF54L 系列	nRF52840	Delta
低功耗蓝牙 TX 1 Mbps 8 dBm	9.8 mA	16.4 mA	-40 %
低功耗蓝牙 TX 1 Mbps 0 dBm	4.8 mA	6.4 mA	-25 %
低功耗蓝牙 RX 1 Mbps	3.4 mA	6.4 mA	-47 %

nRF54L系列大幅改善了发射和接收模式的无线电功耗。与nRF52840相比，即使在8 dBm发射功率下，电流消耗也降低了 40%，而RX电流几乎减少了一半。在无线电使用频繁或长时间处于工作状态的应用中，这些改进显得更为重要。