プルアップの調整

内部プルアップは、実測からすると3V/100uA=30kΩ になってるようだ (スペック上は 20k〜50k)。とりあえず AVR 内部のプルアップ抵抗をオフに。

プルアップ抵抗に許される電圧降下を考える。電源電圧3Vで、入力 H レベルは VCC * 0.6 (スペックから)、ノイズ回避用に 0.4V を足すと

• ピンの必要入力電圧 Vin = 3 * 0.6 + 0.4 = 2.2V
• プルアップでの電圧降下最大 V = 3 - Vin = 0.8V

となった。

マイコン側は十分大きい入力抵抗があると考えると、かなり大きな抵抗を入れても大丈夫そう？ なのかな。

試しに 2.2MΩでプルアップしてみると、ICの足にかかる電圧は2.5V程度になった。2.2MΩ で0.5V電圧降下しているので、0.23uA 程度流れてる。3V / 0.23uA でプルアップと内部抵抗の合成値は 13.2MΩ、つまり内部抵抗は11MΩぐらい……？ よく「入力抵抗は非常に大きい」といわれるのを見る割に、いまいちどの程度かわからなかったけど、こんなもんなのかな。

この状態で、消費電力をはかる

• before: 内蔵プルアップ: 198uA
• after: 2.2MΩプルアップ: 113uA

とりあえず減ったし、普通に動いてはいる。しかしこれであっているのかさっぱりわからない。

これで、毎日2時間使うケースだと (CR2032/225mAh, 1日2時間, パワーダウン中 0.15e-6mA, キーイング中 113e-3mA) 995日持つ計算になった。

delay_ms のさらなる見直し

128kHz で動かすにあたり delay_ms を以下のようにしていた。

void delay_ms(uint16_t t) {
	uint16_t end;
	cli();
	timer = 0; TCNT0 = 0;
	end = NOW + DURATION(t);
	sei();
	while (NOW <= end) { nop; }
}

timer は 2msec ごとのオーバーフロー割込みでインクリメントされているけど、これだとちょっと精度が悲しいような気がするので、カウンタそのもの (TCNT0) も見ている。オーバーフローでやっているので、単純に timer はカウンタの桁あがりとして扱える。NOW は ((timer<<8)|TCNT0) という定義

while の中を アイドルではなく nop; にしているのは、ここでアイドルに入ってしまうと、次に起きるのが 2msec 後とかになるので、せっかく TCNT0 を見ている意味がなくなるから。

ただ、まだここは精度を維持しつつも最適化の余地があって、以下のようにした。

void delay_ms(uint16_t t) {
	uint16_t end;
	uint16_t end0;
	cli();
	timer = 0; TCNT0 = 0;
	end = NOW + DURATION(t);
	end0 = end - 0x100;
	sei();
	while (NOW <= end0) {
		set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);
		sleep_mode();
	}
	while (NOW <= end) { }
}

少なくとも、最後の TCNT0 分 (8bit) になるまでは、普通に 2msec ごとに寝ていても大丈夫なはずなので、それまではスリープを使い、最後のカウンタ分はビジーループにするようにした。nop; は別にいらなそうなのでとっただけ。

これでキーイング中でも 96uA まで消費電流を落とせた。上と同じように、毎日2時間使うケースだと (CR2032/225mAh, 1日2時間, パワーダウン中 0.15e-6mA, キーイング中 96e-3mA) 1171日持つ計算になった。1000日超え！ もうこれでいいかな。