在開始討論低功耗MCU設計前，必須先探討MCU功耗的來源，其主要由靜態(tài)功耗及運行功耗兩部分組成?？紤]實際的應用，最后決定系統(tǒng)功耗性能指針則必須計算平均功耗。

    運行功耗

    現(xiàn)代 MCU 已整合相當多的的模擬外圍，不能單純考慮數(shù)字電路的動態(tài)功耗。MCU 運行時的總功耗由模擬外圍功耗和數(shù)字外圍的動態(tài)功耗相加而得。模擬電路的功耗通常由工作電壓及其性能要求指針來決定，例如 100 ns 傳遞延遲 (Propogation Delay) 的比較器工作電流可能約為 40 微安，當允許傳遞延遲規(guī)格為 1 μs 時，工作電流有機會降到個位數(shù)微安。

    數(shù)字電路的動態(tài)功耗主要來自開關頻率、電壓及等效負載電容，其計算公式如下：

    PDynamIC (動態(tài)功耗) ~ f (工作頻率) x CL (等效負載電容) x VDD2 (工作電壓)

    由以上公式可以理解到降低動態(tài)功耗最直接的方式為降低工作電壓及工作頻率。但 MCU 實際應用面通常要求更寬廣的工作電壓及更高的效能。在降低工作電壓方面，可以選擇更新近的制程，并透過 LDO 讓 CPU 內核、數(shù)字電路及與管腳輸出入電壓無關的模擬外圍在低壓操作，IO 管腳及需要與其他外部電路連接的模擬外圍則在較高的系統(tǒng)電壓操作。如此可以兼顧低功耗及寬工作電壓的需求。在降低工作頻率這項參數(shù)上，一個設計優(yōu)良的 32 位 MCU更能突顯其效能優(yōu)勢，除了直覺的 MIPS 比較之外，32 位總線也代表更高的數(shù)據(jù)存取帶寬，能以更低的工作頻率達到相同的效能，進而降低整體功耗。另外，如果 MCU 內建與操作頻率相關的模擬外圍，例如石英晶體震蕩電路、嵌入式閃存或電流式 DAC,其電流消耗與轉換頻率成正比，也要納入低功耗 MCU 的動態(tài)功耗設計考慮。

     傳統(tǒng)靜態(tài)功耗的定義是指系統(tǒng)時鐘源關閉時數(shù)字電路的漏電流。但是在混合信號低功耗 MCU 的設計中要同時考慮下列多種漏電流來源，包含數(shù)字電路漏電流、SRAM 漏電流、待機時已關閉的仿真電路漏電流 (例如 ADC,嵌入式閃存)、待機時不關閉的仿真電路工作電流 (例如 LDO、BOD) 及 IO 管腳的漏電流。因為時鐘源已關閉，影響靜態(tài)功耗的主要參數(shù)為制程、電壓及溫度。所以降低靜態(tài)功耗必須選擇超低功耗制程，但是低功耗制程通常伴隨較高的 Vt,導致低電壓模擬外圍設計困難。另外，以MCU待機電流 1微安的規(guī)格，代表數(shù)字電路漏電 + RAM 保持電流 + LDO 工作電流 + BOD (降壓偵測或重置電路) 工作電流總和必須小于 1微安，對于 Flash,RAM 越來越大及功能越來越多的低功耗 MCU 設計廠商而言，是十分艱巨的挑戰(zhàn)。

   在系統(tǒng)級要兼顧低功耗及高效能，必須考慮實際應用面的需求，例如無線環(huán)境傳感器可能讓 MCU 主時鐘及 CPU 關閉，只開啟低頻時鐘，定時喚醒外圍電路進行偵測，當符合設定條件的事件發(fā)生時快速啟動 CPU 進行處理，即使沒有任何事件發(fā)生，也必須定時激活 CPU 維持無線傳感器網絡的聯(lián)機。在遙控器的應用中，則可能完全將所有時鐘源都關閉，當用戶按鍵時快速喚醒時鐘源及 CPU 進行處理。另外，許多應用都會加入一個 MCU 作為主機處理器的協(xié)處理器，用于監(jiān)控鍵盤或紅外線輸入、刷新顯示器、控制主處理器電源以及智能電池管理等任務。此時平均功耗比單純的運行功耗或待機功耗更具指標性意義。