低功耗 LEDC 开发指南
引言
在智能照明等低功耗应用中，设备通常需要保持 Wi-Fi 长连接，同时尽可能降低功耗。ESP-IDF 提供了自动 Light Sleep、Modem Sleep 以及动态调频（DFS）等电源管理机制，可根据应用需求调节 CPU 和 APB 频率，实现系统低功耗运行。
启用动态频率调节（DFS）后，部分外设的时钟会随 APB 频率变化而改变。例如，在使用 PWM 调光（LEDC）时，动态调频可能导致 LED 灯闪烁，需要结合电源管理策略保证亮度稳定。同时，当 Wi-Fi 断开连接时，RF 模块持续工作也会增加功耗，需要合理配置断连状态下的功耗优化策略。
本文档将以 LEDC 为例，介绍如何在启用动态调频（DFS）和低功耗模式下，保证 PWM 调光稳定，同时管理 Wi-Fi 断连状态下的功耗。类似原理也适用于其他依赖 APB 或固定时钟的外设。
保持 Wi-Fi 长连接
针对智能照明类产品，通常需要保持 Wi-Fi 长连接，推荐使用以下低功耗配置：
LEDC 时钟源选择
启用 动态调频（DFS） 后，APB 频率可能在单个 RTOS 周期内多次变化，部分依赖 APB 时钟的外设通信可能受到影响，具体说明见 动态调频和外设驱动。
例如，对于调光操作，使用 I2C 外部调光芯片时，通信不受动态调频影响；使用 LEDC 时，如果时钟源为 APB，则可能会出现闪烁现象。
为保证调光稳定，需要根据使用场景选择合适的时钟源。LEDC 支持两种时钟源：APB 和 RTC 8M。两者在时钟精度、受动态调频影响的敏感性以及温度稳定度上各有特点，选择时需要权衡精度与稳定性。
APB 时钟源 |
RTC 8M 时钟源 |
|
|---|---|---|
时钟频率 |
80 MHz |
8 MHz |
时钟精度 |
±10 ppm |
低 |
动态调频影响 |
需要使用 PM Lock 保证 LEDC 正常工作 |
不受影响 |
温度稳定度 |
高 |
低（±2%） |
时钟抖动 |
稳定 |
较稳定 |
使用 APB 作为时钟源
通常，LEDC 默认使用 APB 作为时钟源。在启用动态调频（DFS）后，APB 频率会动态调整，但 LEDC 本身不会自动适应 APB 的变化。这会导致开灯时 PWM 输出闪烁，影响调光稳定性。
因此，在实际应用中需要结合 LEDC 工作状态使用 PM Lock，固定 LEDC 频率，避免 DFS 改变其频率导致出现闪烁现象：
在开灯（LEDC 输出）的时候，获取 PM Lock，阻止 APB 时钟动态调整，同时阻止 CPU 进入 Light Sleep 模式；
在关灯（LEDC 不输出）的时候，释放 PM Lock，允许 APB 时钟动态调整，同时允许 CPU 进入 Light Sleep 模式以节省功耗。
static esp_pm_lock_handle_t s_pm_apb_lock = NULL;
static esp_pm_lock_handle_t s_pm_light_lock = NULL;
static esp_pm_lock_handle_t s_pm_cpu_lock = NULL;
ledc_timer_config_t ledc_timer = {
.duty_resolution = LEDC_TIMER_13_BIT, // resolution of PWM duty
.freq_hz = 5000, // frequency of PWM signal
.speed_mode = LEDC_LS_MODE, // timer mode
.timer_num = LEDC_LS_TIMER, // timer index
.clk_cfg = LEDC_USE_APB_CLK, /*!< LEDC timer select APB clock as source clock*/
};
if (s_pm_apb_lock == NULL) {
if (esp_pm_lock_create(ESP_PM_APB_FREQ_MAX, 0, "l_apb", &s_pm_apb_lock) != ESP_OK) {
ESP_LOGE(TAG, "esp pm lock create failed");
}
if (esp_pm_lock_create(ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP, 0, "l_ls", &s_pm_light_lock) != ESP_OK) {
ESP_LOGE(TAG, "esp pm lock create failed");
}
if (esp_pm_lock_create(ESP_PM_CPU_FREQ_MAX, 0, "l_cpu", &s_pm_cpu_lock) != ESP_OK) {
ESP_LOGE(TAG, "esp pm lock create failed");
}
}
while (1) {
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_acquire(s_pm_apb_lock));
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_acquire(s_pm_light_lock));
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_acquire(s_pm_cpu_lock));
ESP_LOGI(TAG, "light turn on");
for (ch = 0; ch < LEDC_CH_NUM; ch++) {
ledc_set_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel, LEDC_TEST_DUTY);
ledc_update_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel);
}
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5 * 1000));
ESP_LOGI(TAG, "light turn off");
for (ch = 0; ch < LEDC_CH_NUM; ch++) {
ledc_set_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel, 0);
ledc_update_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel);
}
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_release(s_pm_apb_lock));
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_release(s_pm_light_lock));
ESP_ERROR_CHECK(esp_pm_lock_release(s_pm_cpu_lock));
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5 * 1000));
}
使用 RTC 8M 作为时钟源
LEDC 使用 RTC 8M 作为时钟源时，在使能启用动态调频（DFS）的情况下，RTC 8M 时钟不会受到影响，在开灯的时候不会出现闪烁现象。因此，在实际应用中也不需要使用 PM lock。
ledc_timer_config_t ledc_timer = {
.duty_resolution = LEDC_TIMER_10_BIT, // resolution of PWM duty
.freq_hz = 5000, // frequency of PWM signal
.speed_mode = LEDC_LS_MODE, // timer mode
.timer_num = LEDC_LS_TIMER, // timer index
.clk_cfg = LEDC_USE_RTC8M_CLK, /*!< LEDC timer select RTC8M_CLK as source clock*/
};
while (1) {
ESP_LOGI(TAG, "light turn on");
for (ch = 0; ch < LEDC_CH_NUM; ch++) {
ledc_set_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel, LEDC_TEST_DUTY);
ledc_update_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel);
}
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5 * 1000));
ESP_LOGI(TAG, "light turn off");
for (ch = 0; ch < LEDC_CH_NUM; ch++) {
ledc_set_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel, 0);
ledc_update_duty(ledc_channel[ch].speed_mode, ledc_channel[ch].channel);
}
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5 * 1000));
}
Wi‑Fi 未连接状态下的功耗优化
在正常情况下，智能设备保持与路由器的连接。但如果路由器出现故障或信号异常，设备将断开连接。此时，RF 模块可能持续工作，导致平均功耗显著升高。
为降低功耗，同时保持重新连接的能力，ESP-IDF 提供了针对断连状态的功耗优化方案。该方案通过周期性唤醒 RF 模块工作，在未连接时让设备适度休眠，以节省能量并尝试重新建立连接。
具体使用方式如下：
在 Wi-Fi 初始化之后调用
esp_wifi_set_connectionless_wake_interval(uint16_t interval);设置唤醒间隔在 Wi-Fi 初始化之后调用
esp_now_set_wake_window(uint16_t window);API 设置唤醒工作窗口
例如，设置唤醒间隔为 200ms，唤醒工作窗口为 110ms，在未连接到路由器的情况下，RF 将周期性工作以降低功耗。