Modern Embedded Recipes · 45/152

저전력 모드 분석 — Sleep·Stop·Standby·Wake-up Source

2026년 4월 13일 · Hawk · 6분 읽기

#한 줄 요약

“코어를 꺼두는 시간이 곧 전원 수명입니다.” Sleep → Stop → Standby는 일반적으로 전류와 보존되는 상태를 서로 다르게 선택하는 전원 모드입니다.

#어떤 상황에서 쓰나

배터리로 동작하는 IoT sensor, wearable, BLE beacon은 대부분의 시간 동안 자고 있어야 합니다. 실제 전류와 배터리 수명은 MCU variant, regulator, clock, debug 회로, board leakage와 duty cycle에 따라 측정해야 합니다. CR2032의 정격 용량을 단순히 전류로 나눈 값은 self-discharge와 pulse load를 반영하지 않는 이상적인 상한입니다.

이 글은 STM32F4 기준으로 세 저전력 모드와 wake-up source를 정리합니다. 모델마다 low-power run, low-power sleep, shutdown 같은 추가 모드가 있지만 개념은 같습니다.

#핵심 개념

#세 가지 저전력 모드

모드	CPU	Peripheral	SRAM	Wake latency	F411 typ
Run	활성	활성	활성	—	30 mA
Sleep	정지	활성	활성	device-dependent	device/clock-dependent
Stop	정지	정지 (일부 wake)	보통 유지	device/config-dependent	device/config-dependent
Standby	정지	정지	보존 범위는 device-dependent	device-dependent	device/config-dependent

Sleep: 코어만 멈춤. 모든 peripheral은 자기 clock으로 동작. UART RX 등으로 즉시 깨움.
Stop: peripheral도 멈추되 SRAM은 유지. RTC, EXTI, IWDG로 wake-up.
Standby: 거의 reset 수준. SRAM 내용 사라짐 (backup register만 유지). 가장 적은 전류.

#Wake-up 메커니즘

Sleep:

모든 IRQ (NVIC)
WFI (wait for interrupt) / WFE (wait for event)

Stop:

EXTI line (GPIO edge)
RTC alarm / wake-up timer
IWDG
PVD (power voltage detector)
Comparator
일부 USART (RXNE — STOP 1 only)

Standby:

WKUP pin (PA0 등, datasheet 확인)
RTC alarm / wake-up
IWDG
reset

깰 때 standby는 reset 동작과 유사하므로 Reset_Handler가 다시 호출됩니다. PWR->CSR의 SBF bit를 보면 “이게 standby에서 깬 것인지” 알 수 있습니다.

#Duty-cycling 전략

예 — 1 s 주기로 10 ms active (30 mA) + 990 ms Stop (100 µA). active 비중 1 %. 평균 전류 ≈ 30 mA × 10 ms / 1000 ms = 0.3 mA. 슬립 구간이 길수록 평균이 µA 수준에 가까워집니다.

평균 전류 = (active × active_time + sleep × sleep_time) / period.

#코드 예제

#1. Sleep on WFI

1
void sleep_now(void) {
2
    SCB->SCR &= ~SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;   // sleep mode (not deep)
3
    __WFI();                              // wait for interrupt
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    // wake here
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}
6

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while (1) {
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    do_work();
9
    sleep_now();
10
}

가장 간단합니다. SysTick IRQ가 1 ms마다 깨우니까, 더 절약하려면 SysTick을 끄고 더 긴 wake source를 씁니다.

#2. Stop mode (EXTI wake-up)

1
void stop_mode_enter(void) {
2
    PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;       // low-power deep sleep regulator
3
    PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;      // 0 = Stop (1 = Standby)
4

5
    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
6
    __WFI();
7

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    // === wake ===
9
    SCB->SCR &= ~SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
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    // Stop 깨면 clock이 HSI로 떨어짐 → PLL 재구성
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    clock_init_168mhz();
13
}
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void exti0_wake_init(void) {
16
    EXTI->IMR  |= (1u << 0);
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    EXTI->RTSR |= (1u << 0);
18
    SYSCFG->EXTICR[0] &= ~(0xFu << 0);   // PA0
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    NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
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}
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22
void EXTI0_IRQHandler(void) {
23
    EXTI->PR = (1u << 0);
24
}

중요: Stop에서 깨면 SYSCLK이 HSI 16 MHz로 되돌아갑니다. PLL을 다시 켜야 168 MHz로 복귀합니다.

#3. Standby + RTC wake-up

RTC는 LSE/LSI로 동작하므로 standby에서도 살아 있습니다.

1
void standby_with_rtc_wake(uint32_t seconds) {
2
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
3
    PWR->CR |= PWR_CR_DBP;             // RCC backup domain unlock
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5
    RCC->BDCR |= RCC_BDCR_LSEON;
6
    while (!(RCC->BDCR & RCC_BDCR_LSERDY));
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    RCC->BDCR |= (1u << 8);             // RTC source = LSE
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    RCC->BDCR |= RCC_BDCR_RTCEN;
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    RTC->WPR = 0xCA; RTC->WPR = 0x53;
11
    RTC->CR &= ~RTC_CR_WUTE;
12
    while (!(RTC->ISR & RTC_ISR_WUTWF));
13
    RTC->WUTR = seconds * 2048 - 1;     // clock = RTC/16 = 2048 Hz
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    RTC->CR |= RTC_CR_WUTE | RTC_CR_WUTIE;
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    RTC->WPR = 0xFF;
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17
    EXTI->IMR |= (1u << 22);
18
    EXTI->RTSR |= (1u << 22);
19

20
    PWR->CR |= PWR_CR_PDDS | PWR_CR_CWUF;
21
    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
22
    __WFI();
23

24
    // standby에서 깨면 reset과 같음 → 여기 도달 안 함
25
}

깨면 Reset_Handler부터 시작합니다. PWR->CSR & PWR_CSR_SBF로 “standby wake”인지 확인합니다.

#4. Unused peripheral power down

active 모드에서도 사용하지 않는 peripheral을 꺼두면 전류가 줄어듭니다.

1
RCC->AHB1ENR = RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;   // 필요한 것만
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RCC->APB1ENR = RCC_APB1ENR_USART2EN;
3
RCC->APB2ENR = 0;
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5
// 미사용 GPIO는 analog 모드로 둠 (Schmitt trigger 차단)
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gpio_init(GPIOB, 0, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_ANALOG});

#측정 / 동작 확인

저전력 전류 측정은 µA meter (Joulescope, Nordic Power Profiler Kit II, Qoitech Otii)가 필요합니다. 일반 멀티미터는 µA 분해능이 낮고 측정 자체가 부담입니다.

Joulescope 측정 예 (PPK2도 유사):

Mode	전류 @ 3.3V	비고
Run mode (loop)	board·clock·load에 따라 측정
`__WFI` sleep (SysTick)	board·peripheral에 따라 측정	SysTick 1 kHz가 깨움
Stop mode (EXTI)	regulator·wake 설정에 따라 측정
Stop mode + LPDS	regulator·device에 따라 측정
Standby + RTC	backup domain·board leakage에 따라 측정

예상보다 안 줄어들면 어떤 peripheral이 살아 있는지 확인합니다. RCC ENR register dump가 빠릅니다.

#자주 보는 함정

⚠️ 미사용 GPIO를 floating

input float 핀이 mid-rail에 떠 있으면 Schmitt trigger가 수십 µA를 흘립니다. 미사용 핀은 pull-down 또는 analog mode.

⚠️ SWD pin debug active

stop·standby에서 SWD가 active면 µA 단위가 안 나옵니다. release build는 DBGMCU->CR에서 DBG_SLEEP/DBG_STOP/DBG_STANDBY를 clear.

⚠️ Stop 후 PLL 재구성 누락

stop에서 깨면 HSI 16 MHz. PLL을 다시 안 켜면 168 MHz가 아니라 16 MHz로 돕니다. 단순히 느린 동작이 아니라 baud rate 등 모든 timing이 깨집니다.

⚠️ Sleep 후 SysTick이 다시 깨움

__WFI()는 next IRQ까지 자는데 SysTick이 1 kHz면 1 ms마다 깹니다. 진짜 sleep이 필요하면 SysTick disable.

⚠️ Wake-up source 누락

EXTI line만 enable하고 NVIC 안 켜면 깰 수가 없습니다. 둘 다 set.

⚠️ Brown-out reset이 자주 발생

저전압에서 동작하다가 BOR로 reset이 반복. PVD level을 적절히 설정합니다.

#정리

세 모드: Sleep, Stop, Standby. 전류와 wake source 제한은 device configuration별로 다릅니다.
Stop wake 후 clock source/PLL 상태 확인 — 필요한 경우 system clock을 재구성합니다.
Standby는 reset과 유사 — SRAM 사라짐, Backup register만 유지.
평균 전류는 duty-cycling이 좌우. 1% duty면 active/sleep 차이만큼 잘립니다.
µA meter + 미사용 peripheral 차단 + SWD release가 측정의 3대 조건.