做电池供电的物联网产品，低功耗设计是必修课。STM32WBA62作为一颗无线MCU，低功耗模式做得非常细——从全速运行到深度睡眠，一共分了好几个档位。搞明白每个模式的功耗、唤醒时间、保留哪些资源，后面做功耗优化的时候才能选对模式。

一、为什么要分这么多低功耗模式？

很多刚接触低功耗的朋友会问：不就是睡觉吗？睡深点睡浅点有什么区别？

区别大了。低功耗设计的核心矛盾是：功耗和唤醒速度的权衡。

• 睡得越深，功耗越低，但是醒来需要的时间越长，唤醒后要重新配置时钟、外设，响应慢；

• 睡得越浅，功耗越高，但是醒来很快，几微秒就能继续跑程序。

所以芯片厂商设计了好几个档位的睡眠模式，让你根据不同的场景选最合适的。比如：

• 短暂的等待（比如等串口发完数据）→ 用Sleep模式，唤醒快；

• 几秒钟没事情做 → 用Stop模式，功耗低，唤醒也不算太慢；

• 几分钟甚至几小时才唤醒一次 → 用Standby模式，功耗最低。

二、STM32WBA62的五种低功耗模式

2.1 Run模式（运行模式）

这就是正常工作状态，CPU全速跑100MHz，所有外设都开着。

• 功耗：大概10~20mA（具体看开了多少外设）

• 特点：CPU在执行指令，所有外设都正常工作

• 适用场景：处理数据、跑算法、和手机通信的时候

2.2 Sleep模式（睡眠模式）

CPU停了，但是外设（定时器、串口、ADC）还在跑，时钟也没关。

• 功耗：大概5~10mA（主要是外设耗电）

• 唤醒时间：几微秒，非常快

• 保留资源：所有寄存器、SRAM内容都保留

• 唤醒源：任何中断（外部中断、定时器中断、串口接收等）

• 适用场景：CPU没事做了，但是还要等外设完成任务。比如等ADC采样完成、等串口发完一帧数据。

这个模式其实功耗降得不多，因为外设和时钟都还开着。适合很短时间的等待。

2.3 Stop模式（停机模式）

这个是做电池产品最常用的模式。CPU停了，时钟也关了，但是SRAM内容保留，寄存器也都保留。唤醒之后不用重新初始化，直接接着跑。

• 功耗：大概1~3uA（没开SMPS的话）

• 唤醒时间：几十微秒到几百微秒（要重新启动HSE晶振）

• 保留资源：SRAM全部保留，寄存器全部保留

• 唤醒源：外部中断（GPIO）、RTC闹钟、低功耗定时器等

• 适用场景：BLE广播间隔之间的睡眠，或者定时采集数据的场景。

这里要注意：STM32WBA的Stop模式还分深浅两种，Stop1和Stop2。Stop2关的东西更多，功耗更低，但是唤醒更慢一点。做BLE的时候，协议栈会自动选合适的模式。

2.4 Standby模式（待机模式）

这个是最深的常用睡眠模式，除了RTC和备份寄存器，其他全部关了。SRAM内容也丢了，唤醒相当于复位，程序从头跑。

• 功耗：大概0.2~0.5uA

• 唤醒时间：几毫秒（相当于冷启动）

• 保留资源：只有备份寄存器和RTC保留，其他全部丢失

• 唤醒源：RTC闹钟、外部唤醒引脚、看门狗等

• 适用场景：长时间休眠的场景，比如几个小时才采集一次数据的传感器。

这个模式虽然功耗最低，但是唤醒后要从头跑程序，初始化时间长，而且RAM里的数据全没了。所以不是越深度的模式越好，要根据实际场景选。

2.5 Shutdown模式（关断模式）

比Standby还深，连RTC都可以关掉，功耗最低能到0.1uA以下。一般消费类产品很少用到这个模式。

三、各模式功耗对比

 注：以上是典型值，具体会根据开了多少外设、温度、电压有差异。如果开了SMPS开关电源，Stop模式功耗还能再降30%左右。

四、BLE场景下是怎么用这些模式的？

做BLE设备的时候，大部分时间其实是在睡觉的。比如一个温湿度传感器：

1. 平时睡在Stop模式，功耗不到1uA；

2. 每隔1秒，硬件自动唤醒，发一个BLE广播包（大概几毫秒时间，电流到十几mA）；

3. 发完广播，马上又睡过去；

4. 如果手机连接了，就按连接间隔，定时醒来收发数据；

5. 没连接的时候，就一直广播+睡觉的循环。

算一下平均功耗：假设广播间隔1秒，每次广播耗电10mA持续1ms，那平均功耗大概是：

平均电流 = 10mA × 1ms / 1000ms + 1uA = 11uA

用一节CR2032纽扣电池（容量220mAh），大概能用：

电池寿命 = 220mAh / 0.011mA = 20000小时 ≈ 2.3年

这就是为什么BLE设备电池能撑很久——大部分时间都在睡觉，只有很短的时间在工作。

五、怎么选合适的模式？

• 如果等待时间 < 1ms → 用Sleep模式，唤醒快；

• 如果等待时间 1ms ~ 1分钟，而且需要保留RAM数据 → 用Stop模式；

• 如果等待时间 > 1分钟，而且RAM里的数据丢了也没关系 → 用Standby模式；

• BLE设备 → 协议栈自动管理，一般用Stop2模式。

六、功耗怎么测？三种方法对比

很多朋友做低功耗项目的时候会遇到一个问题：手册上写的是uA级功耗，实际测出来差了好多，不知道哪里出了问题。测功耗看起来简单，就是串个电流表进去嘛。但是做低功耗产品的时候，会发现几个问题：

1. 电流太小了，uA级别的，普通万用表分辨率不够；

2. 电流是动态的，一下子几uA，一下子几十mA（发BLE包的时候），万用表反应慢，读数跳来跳去；

3. 平均功耗怎么算？睡1秒，醒1ms，平均电流是多少？

所以测功耗不能只用一块万用表，要根据不同的测试场景选不同的方法。

6.1 方法一：万用表测平均电流

这是最简单的方法，适合快速估算。

接线方法：把万用表串在电源回路里——电池正极 → 万用表电流档 → 板子电源输入。注意万用表要拨到uA或者mA档位，别用错了烧表。

优点：简单，谁都有万用表；

缺点：

• 分辨率不够，好一点的万用表uA档大概是0.1uA分辨率，差一点的只有1uA；

• 反应慢，动态电流测不准，只能看平均；

• 万用表本身有压降，大概几十mV到几百mV，电池电压低的时候可能影响板子正常工作。

适用场景：大概估算一下平均功耗，比如产品做完了，测一下平均电流大概是多少，算一下电池能用多久。不适合做精细化的功耗优化。

6.2 方法二：采样电阻 + 示波器看波形

这个方法适合看动态电流的波形，能看到什么时候电流大、什么时候小。

原理：在电源回路里串一个小电阻，比如10Ω或者100Ω。电流流过电阻的时候会产生压降，用示波器量电阻两端的电压，然后根据欧姆定律 I = U/R，就能算出电流了。

比如：R = 10Ω，示波器测到电压 U = 0.1V，那么电流 I = U / R = 0.1V / 10Ω = 10mA。

采样电阻怎么选？电阻大小是个权衡：

• 电阻越大，压降越大，示波器越好测，但是损耗也大，而且可能影响板子电压；

• 电阻越小，损耗小，但是压降小，示波器测不准。

一般选10Ω~100Ω之间。如果是测uA级别的小电流，就选100Ω；如果是测mA级的大电流，就选1Ω或者10Ω。

优点：能看到电流随时间变化的波形，动态过程一目了然；可以看到BLE广播的时候那个电流尖峰是多大、持续多久；

缺点：小电流测不准，因为压降太小，示波器的底噪声可能都比信号大；要自己算，还要考虑电阻的精度、温漂。

6.3 方法三：专用功耗分析仪（推荐）

如果是做专业的低功耗产品开发，强烈建议搞一台专用的功耗分析仪。比如 Joulescope、 Nordic PPK2、 ST的STLINK-PWR这几款。

有什么好处？

1. 动态范围大，从nA级到A级都能测；

2. 自动切换量程，不会出现小电流测不准、大电流超量程的问题；

3. 实时波形显示，能看到电流随时间的变化；

4. 自动算平均功耗、电量消耗，直接告诉你电池能用多久；

5. 有些还能和示波器一样，带触发功能，比如电流超过某个值的时候自动抓波形。

我用Nordic的PPK2测了一下我们板子BLE广播的电流波形：

• 平时休眠的时候，电流大概0.8uA；

• 广播的时候，电流冲到12mA左右，持续大概1ms；

• 广播间隔是1秒，算下来平均电流大概是 12mA × 1ms / 1000ms + 0.8uA = 12.8uA。

这个和理论值差不多，说明板子的低功耗设计基本到位了。

七、测功耗的几个常见坑

7.1 GPIO漏电

最常见的问题！MCU进入低功耗模式之后，GPIO引脚如果是浮空的，或者外部电路有偏置，就会有漏电。我之前第一次测的时候，Stop模式功耗比理论值大了好多，最后发现是几个GPIO引脚没配置好，每个引脚漏了1uA，加起来就好几uA了。

解决办法：所有不用的GPIO，要么设为模拟输入，要么上下拉到确定的电平，不要浮空。

7.2 外部器件漏电

不要只盯着MCU！板子上其他器件也会耗电。比如LDO的静态电流、传感器的休眠电流、分压电阻的漏电。我之前有个板子，测出来Standby模式还有10uA，最后发现是电源那里的一个分压电阻在耗电——两个100K电阻分压，电池电压3V，那就是15uA的电流白跑了。

解决办法：做功耗测试的时候，把不需要的外设电源用MOS管切掉，只给MCU供电。或者把外部器件一个一个焊掉，看电流降到多少，就能定位是哪个器件漏电。

7.3 测量仪器本身的功耗

这个很多人忽略了。比如你用万用表测电流，万用表本身也要耗电；你用调试器连着板子，调试器的IO口也会往板子灌电流。我之前有一次测出来Stop模式有50uA，折腾了半天，最后发现是ST-Link的SWDIO引脚在那里灌电流。把调试器拔了，电流马上就降到1uA了。

解决办法：测低功耗的时候，尽量把调试器、串口这些都拔掉，只留电源。

八、功耗优化技巧

8.1 硬件设计层面的优化

8.1.1 电源架构优化

① 能用电池直供就不用LDO。STM32WBA的工作电压是1.71V~3.6V，两节AAA电池（2.0V~3.3V）刚好覆盖，直接给MCU供电，省掉LDO的静态电流（一般几uA到十几uA）。

② 用SMPS代替LDO。STM32WBA内部有可选的SMPS开关电源，用SMPS模式比LDO模式效率高30%以上，同样的性能下功耗更低。虽然SMPS需要加电感和电容，多占一点PCB面积，但是对功耗要求高的产品值得做。

③ 不用的外设电源用MOS管切掉。比如传感器、Flash这些，平时不用的时候，用一个P-MOS管把电源断开，一点电都不耗。要用的时候MCU打个GPIO，打开MOS管供电。我之前做的一个温湿度节点，SHT30传感器休眠电流就有0.5uA，切掉之后一年下来能省不少电。

8.1.2 GPIO设计

GPIO漏电是低功耗的隐形杀手，每个引脚漏个0.1uA，20个引脚就是2uA，占比不小。

① 所有不用的GPIO，在软件里全部设为模拟输入模式，断开施密特触发器，漏电最小；

② 外部有上拉/下拉电阻的引脚，休眠的时候要把电平拉到确定值，不要浮空；

③ 按键引脚不要用外部大电阻上拉，用MCU内部的弱上拉就行，外部电阻在电池上持续耗电。

8.1.3 时钟设计

① 系统时钟频率不要跑满。100MHz跑满的时候电流是15mA，降到4MHz可能只有2mA。如果算法不复杂，没必要跑那么高的频率，够用就行。

② 不用的外设时钟全部关掉。每个开着的外设都要耗电，ADC、SPI、I2C这些，不用的时候在代码里把时钟关了。

③ 进入Stop模式之前，把不需要的外设都停了。不然睡下去了，外设还在那里耗电。

8.2 软件代码层面的优化

8.2.1 快速醒来，快速干活，快速睡回去

低功耗设计的核心思想就是：醒着的时间越短越好。比如：

• 要采集传感器数据 → 马上醒来，开传感器电源，等传感器稳定，读数据，算完，关传感器电源，马上睡回去；

• 不要在主循环里写延时！很多人习惯用HAL_Delay()延时，这期间MCU一直在全速跑，白耗电。

正确的做法是：要延时多久，就把低功耗定时器设多久，然后睡进去，时间到了硬件自动唤醒。这样延时期间MCU是睡着的，功耗差几百倍。

8.2.2 BLE参数优化

BLE设备的功耗主要来自三部分：广播、连接事件、数据收发。这几个参数都可以调：

① 广播间隔：广播间隔越大，平均功耗越低。但是广播间隔太大，手机搜索到设备的时间就长。一般做传感器节点，广播间隔设1秒~2秒就够了。

② 连接间隔：手机连上之后，连接间隔越大，功耗越低。但是连接间隔大了，数据传输就慢。根据应用场景调，比如温湿度传感器，1秒传一次数据就够了，连接间隔设500ms甚至1秒都行。

③ 发射功率：如果通信距离很近，把发射功率从+10dBm降到0dBm甚至-10dBm，每次广播的电流能降好几mA。一般室内用，0dBm的功率足够穿一堵墙了。

④ 广播信道：BLE有3个广播信道，不要同时开3个，只开1个最常用的（比如37信道），能省2/3的广播功耗。

8.2.3 用对低功耗模式

① 短时间等待（<1ms）→ Sleep模式，唤醒快；

② 中长时间等待（ms~s级）→ Stop2模式，功耗最低，而且RAM保留，唤醒后不用重新初始化；

③ 超长时间等待（分钟级以上）→ Standby模式，功耗最低，但是唤醒相当于复位，要重新初始化。

不要不管什么场景都用Standby，唤醒时间长，而且RAM丢了，还要做初始化，反而费电。

8.2.4 传感器功耗优化

传感器也是耗电大户，要好好设计：

① 传感器选型的时候就要看休眠电流。比如温湿度传感器，有的休眠电流0.1uA，有的要5uA，差50倍，一年下来差很多电；

② 传感器采样时间尽量短。比如SHT30，测量一次只需要15ms，测完马上关电源，不要一直开着；

③ 采样频率不要太高。比如温度传感器，1分钟测一次足够了，没必要1秒测一次，白白耗电。

十、优化的优先级建议

如果时间有限，按这个顺序优化，投入产出比最高：

1. 先把GPIO漏电解决了——这个最容易改，收益也大，一下子能降好几uA；

2. 把延时改成定时器唤醒，不要用死等——改几行代码，功耗降一个数量级；

3. 把不用的外设电源切掉——硬件改一下，传感器的休眠电流全省了；

4. 调BLE参数——广播间隔、连接间隔、发射功率，参数调一下，平均功耗降一半；

5. 最后再抠细节——SMPS、时钟频率这些，改起来麻烦，收益相对小。

十一、总结

STM32WBA的低功耗模式分得很细，从uA级的Stop到0.2uA级的Standby，覆盖了各种场景。做电池产品的时候，不要上来就用最深的睡眠模式，要根据唤醒时间要求、是否需要保留RAM数据来选最合适的。

低功耗设计是个系统工程，不是改一个地方就能搞定的，要从硬件、软件、算法各个方面一起优化。核心思路就是：能睡就睡，醒了就赶紧干活，干完马上睡回去。

STM32WBA本身的低功耗底子很好，Stop模式做到了1uA以下，配合合理的软件设计，做个能用好几年的电池产品完全没问题。