系统低功耗模拟组件的设计技术

本文将介绍系统低功耗模拟组件的设计技术
尝试降低系统功耗时,一种方法是寻找要优化或移除的设备。另一种方法是在组件级别进行评估之前,将系统作为一个整体进行评估并针对系统功能进行优化。
添加外部 adc 以降低整体系统功耗
在低功耗数据采集系统中,将模数转换器 (adc) 集成到控制器中可减少整体组件数量、成本和理想的功耗。但这种做法实际上可能会增加整体功耗。
当以 1ksps 采样时,几个低功耗微控制器 (mcu) 中集成 adc 的典型功耗通常大于分立 adc 的功耗(图 1)。因此,您实际上可以通过放置一个低功耗 adc,如微控制器外部的 ads7042,并关闭微控制器的集成 adc。事实上,ti 的ads7042超低功耗 12 位 adc 在以 1ksps 采样时仅消耗 234nw 的功率。
图 1:集成 adc 与 ads7042 在 1ksps 时的功耗
使用分立式 adc 而不是集成式 adc 的另一个好处是,您可以将转换器保持在传感器信号附近,以最大限度地减少噪声拾取。分立式 adc 还可以帮助扩展微控制器可以支持的模拟输入通道的数量。
添加设备以节省功率的一个问题是分立设备所需的电路板面积。ads7042 的 1.5mm x 1.5mm 8 引脚四方扁平无引线 (qfn) 封装比标准 0805 表面贴装组件更小,从而最大限度地减少了对整体系统设计尺寸的影响。此外,低引脚数有助于在布局过程中最大限度地减少布线。
检查低功耗数据采集系统电路
无论您最终为低功耗数据采集系统选择哪种类型的 adc,重要的是要了解如何优化 adc 周围的电路以降低整体功耗。数据采集​​系统中的主要组件是传感器输入、将传感器信号驱动到 adc 的缓冲器、adc 和 adc 的电源。
ads7042 boosterpack展示了一个低功耗数据采集系统的示例,它是一款与ti launchpad™ 开发套件生态系统兼容的开发板。ads7042 boosterpack 上的电路旨在转换来自板载环境光传感器或超小型 a 型 (sma) 连接器的模拟数据(图 2)。
图 2:ads7042 boosterpack 上模拟输入信号的电路图
当从连接到由 opa316 缓冲的 sma 连接器的模拟传感器源转换外部传感器输入时,驱动器在 3.3v 时消耗 400µa 的电流,从而导致 1.32mw 的功耗。这大约占系统总功率的 65%——其中包括 refe3330 电压基准的功率 (12.87µw) 和 ads7042 adc 的功率 (690µw)。如果传感器在没有额外驱动器的情况下直接连接到 adc,就像板载环境光传感器一样,传感器电路仅消耗 99µw 的功率。这是 opa316 在电路的第一个实现中消耗的功率的 7.5%,甚至没有考虑驱动模拟输入信号源所需的功率(表 1)。
表 1:ads7042 boosterpack 的电路功耗
 减少对驱动器的需求有助于降低整体功耗。但是,使用此解决方案有明显的权衡取舍。您必须降低 adc 的采样率,以最大限度地延长输入采样电容器 (c sh ) 的建立时间。但这还具有降低采样率和 adc 功耗的优势,因为转换器的功耗与采样率呈线性关系(图 3)。
图 3:ads7042 的功耗与采样率
在此示例中,使用外部分立式 adc 有助于降低整体系统功耗。


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