适用于低功耗信号链应用的功率优化技术

作者：Lluis Beltran Gil，产品应用工程师

摘要

本文介绍用于在低功耗信号链应用中实现优化能效比的精密低功耗信号链解决方案和技术。本文将介绍功耗调节、功率循环和占空比等用于进一步降低系统功耗的技术（不仅限于选择低功耗产品，这有时并不够）。还将探讨如何使用通道时序控制器、FIFO和电压监控模块等片内特性来简化系统设计，并在主机控制器侧和整个系统层面实现节能。

简介

对于在几十年之前的广告中演奏兔子舞曲的小鼓来说，最执着的事情就是能够持续不断地进行演奏。在为现场仪器仪表（检测温度、压力或流量）或远程生命体征监测设备等应用设计电池供电的测量系统时，低功耗信号链至关重要。甚至对于主电源供电的系统，也需要最大限度降低环境影响或能源成本，这促使硬件设计人员不断改善系统的能效比。低功耗设计能够带来一些间接性的优势，比如，如果能够减少并联的电池的数量，解决方案的尺寸会随之减小。低功耗设计还具有更深层次的优势，因为系统耗费的能量更少，使得IC芯片的温度也更低。这有助于延长产品的使用寿命。

要在短时间内完成低功耗硬件设计，从精密低功耗信号链着手会是一个非常不错的起点。除了选择低功耗元件之外，还可以采用多种功率优化技术来进一步降低系统功耗，例如功耗调节、功率循环和占空比。此外，很多设计选项，例如选择合适的电阻值或使用存储器也是非常重要的因素，关乎着能够实现严格的低功耗目标和优化的电池寿命。

例如，找出信号链中可以取消的构建模块，或者在达到某些条件时会暂时断电的模块，会有助于我们采用低功耗技术。这需要精准的时序分析1, 2，并对电路操作分级或调节占空比。如果多个构建模块多数时间都处于闲置状态，即可让这些模块进入关断模式或者直接将它们关闭。注意，与使用关断模式相比，设备进行全功率循环会对功率和时序产生一些影响。

在正确采用这种时序之后，可以通过尽可能减少微控制器互动来进一步改善主系统层级的功耗。这就需要使用外部或内部存储器，以便在主机控制器被关断之后存储数据。

在系统层面应用节能技术会有一些差异，具体取决于使用哪种类型的ADC来数字化传感器信息，包括SAR ADC和∑-∆ DAC，关于这一点将在后续章节中详细介绍。此外，硬件设计选择，例如数字通信上拉/下拉电阻、电阻分压器和增益设置电阻等也会影响整体的信号链功耗。


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