消費(fèi)者要求便攜式設(shè)備具有較長的電池壽命。與此同時(shí)，對于非便攜式設(shè)備，不斷增加的能源成本和最新的能源之星指南正在將公眾的意識集中在浪費(fèi)的待機(jī)功率上。因此，滿足綠色能源法規(guī)和降低待機(jī)功耗已成為設(shè)計(jì)人員的新口頭禪，尤其是在系統(tǒng)全天 24 小時(shí)處于活動狀態(tài)時(shí)。為了滿足較低的功耗水平，電路設(shè)計(jì)人員知道細(xì)節(jié)決定成敗，每個電路都需要證明其當(dāng)前預(yù)算的合理性。本文將介紹Maxim芯片如何幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員降低典型系統(tǒng)的功耗預(yù)算。這些示例僅重點(diǎn)介紹了Maxim廣泛的超低電流器件產(chǎn)品組合中的一小部分產(chǎn)品。

消費(fèi)者要求便攜式設(shè)備具有較長的電池壽命，這是理所當(dāng)然的。便利是最重要的，這個概念滲透到我們的社會中。我們不想排隊(duì)等候，交通擁堵等，此外，我們通常會為這種特權(quán)付費(fèi)。因此，我們有自動取款機(jī)24/7全天候分配現(xiàn)金;數(shù)字視頻錄像機(jī) （DVR），使我們能夠?qū)蕵愤M(jìn)行時(shí)移;讓我們 24/7 全天候交流和娛樂自己的移動設(shè)備;等等?！靶?、輕、快、易”是當(dāng)今消費(fèi)者的口頭禪。作為設(shè)備設(shè)計(jì)師，我們明白，我們的成功需要滿足這些期望。

使設(shè)備“更環(huán)?！笔羌?、架構(gòu)、組件選擇和功能管理的組合，以節(jié)省便攜式系統(tǒng)中的每一微安，以及線路供電系統(tǒng)中的毫安和更多。在便攜式系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員通常以微安為單位計(jì)算電流。然而，當(dāng)電路板上的單個指紋泄漏的電流可能超過芯片的待機(jī)電流時(shí)，即使這樣也會受到影響。

過去五十年的流行歌曲“小東西意味著很多”，教我們?nèi)绾螢楫?dāng)今的便攜式市場設(shè)計(jì)電路。套用這首歌，向歌曲作者道歉，“因?yàn)槔蠈?shí)說，親愛的，他們只是要花錢”電池。我們首先想到的是大件物品——一個休眠的微處理器、吸電流的顯示器和閃存——然后是電路的其余部分。細(xì)節(jié)決定成敗，每個支持電路都需要證明其當(dāng)前預(yù)算的合理性。法規(guī)因地區(qū)而異，但待機(jī)功率的典型目標(biāo)是小于0.5W至3W，而超過80%的運(yùn)行效率的典型目標(biāo)正變得司空見慣。

作為消費(fèi)者，閱讀我們的家庭公用事業(yè)電費(fèi)賬單可能會令人恐懼。作為工程師，我們可以設(shè)計(jì)電路來幫助消費(fèi)者減少電費(fèi)。例如，只需查看HDTV DVR接收器。典型的單元消耗 120W 并且通常沒有待機(jī)模式。24/7全天候運(yùn)行，每月運(yùn)營成本為34.52美元（基于北加州每千瓦時(shí)0.399美元的罰款電費(fèi)）。這只是我們家中的一種電器，它強(qiáng)調(diào)了成本或潛在的節(jié)省如何迅速增加。在一個典型的中產(chǎn)階級家庭中，可能有超過35臺設(shè)備在供電。值得慶幸的是，大多數(shù)可能具有某種形式的待機(jī)電源模式，可在系統(tǒng)空閑時(shí)減少功耗。

不斷增加的能源成本使消費(fèi)者的注意力集中在總擁有成本上。功耗至關(guān)重要，請記住，對于進(jìn)入房間的每一瓦特，空調(diào)將其移除大約需要兩瓦特。因此，對于我們工程師來說，超越綠色能源法規(guī)對我們的業(yè)務(wù)和地球都是明智的。

一臺基本工作機(jī)器

今天，我們的家庭和工作場所都有電機(jī)和微處理器為我們工作。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，我們很快就會想起我們的生活方式對電力的依賴程度。

當(dāng)我們查看機(jī)器、電器和娛樂設(shè)備的框圖時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了很多共同點(diǎn)。我們感覺到一些東西，然后開始行動。這實(shí)際上是大多數(shù)工作的定義。例如，我們感知室溫并打開加熱器或空調(diào)裝置。我們或機(jī)器感知光線水平并打開燈。我們的草坪噴水滅火控制器可感應(yīng)時(shí)間并在編程的時(shí)間段內(nèi)打開水電磁閥。

圖2.簡單有用的機(jī)器的概念是PLC的基礎(chǔ)，PLC的功能是通過軟件和硅的組合來定義的。

我們從最簡單的有用機(jī)器開始，然后添加功能。圖 2 是這樣的機(jī)器;它感知某個參數(shù)，使用處理器根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)評估激勵，然后啟動輸出動作。 （是的，我們可以展示帶有雙金屬機(jī)械開關(guān)的加熱器、空調(diào)或冰箱，但我們正在這臺機(jī)器上構(gòu)建更復(fù)雜的設(shè)備。實(shí)際上，我們正在描述可編程邏輯控制器（PLC）。在圖 3 中，我們開始定制系統(tǒng)以滿足客戶的要求。

圖3.高度集成的構(gòu)建模塊IC如Maxim的構(gòu)建模塊IC可以實(shí)現(xiàn)基本的PLC。

為了得出圖3中的系統(tǒng)，我們按照所需的速度對傳感器輸入和動作輸出以及分區(qū)功能進(jìn)行了劃分。相對緩慢變化的輸入和輸出可以圍繞一個PLC引擎進(jìn)行多路復(fù)用。傳感器和動作（例如安全項(xiàng)目）可能需要多個并行PLC，這需要持續(xù)關(guān)注。表 1 列出了此根 PLC 引擎的可能組件。我們可以多路復(fù)用傳感器，并通過切換初始運(yùn)算放大器中的增益和失調(diào)來調(diào)理信號。在任何大容量消費(fèi)類設(shè)備中，該放大器都必須價(jià)格低廉。低功耗CMOS運(yùn)算放大器，如MAX9915，可為控制環(huán)路提供必要的精度。系統(tǒng)決定使用幾種放大器配置中的哪一種。

有幾種可能的放大器配置：

輸入放大器級可以由MAX9915運(yùn)算放大器和MAX5490/MAX5492精密匹配電阻分壓器組成，其匹配范圍在0.025%以內(nèi)。這種組合利用了一個相對適中的運(yùn)算放大器，但提供了精確的增益和出色的溫度系數(shù)。

我們可以增加三個運(yùn)算放大器和一個MAX5426數(shù)字可編程電阻網(wǎng)絡(luò)，組成差分輸入儀表放大器。

如果需要具有數(shù)字可編程精密增益1、2、4和8的可編程增益放大器，我們將MAX5430精密分壓器與運(yùn)算放大器組合在一起。

或者，增益、偏置和失調(diào)可以通過數(shù)字電位器（如MAX5128）設(shè)置。MAX5128甚至集成了非易失存儲器，因此可以設(shè)置和保留任何增益設(shè)置。上電時(shí)，電位器采用先前的值，這是校準(zhǔn)電平和失調(diào)的有效工具。

控制環(huán)路上的ADC為MAX1108或MAX1109。這些器件是具有內(nèi)部基準(zhǔn)的 8 位、雙通道、50ksps 轉(zhuǎn)換器。表1還給出了一個低功耗的MAX6029外部電壓基準(zhǔn)，如果轉(zhuǎn)換器需要更高的精度，可以增加該基準(zhǔn)。

DS80C320/DS80C323是快速兼容8051的微控制器。這些高集成度控制器包括 8 個 <> 位 I/O 端口、<> 個全雙工硬件串行端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個看門狗定時(shí)器和暫存器 RAM。通過允許更多的睡眠周期，他們的高速架構(gòu)使用更少的功率來完成同等的工作。

微處理器的輸出通過MAX5380/MAX5381/MAX5382 8位DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號，這些DAC使用兩線串行接口將電路壓縮到節(jié)省空間的5引腳SOT23封裝中。DAC還集成了一個輸出緩沖放大器，以進(jìn)一步減少元件數(shù)量和電路板空間。

為更復(fù)雜的設(shè)備擴(kuò)展根 PLC

通過詳細(xì)介紹最基本的PLC引擎，可以清楚地了解如何添加功能以匹配應(yīng)用。每個人都想要更多的便利，這通常意味著更多的特性/專業(yè)功能。這是電路設(shè)計(jì)人員討厭的“功能蠕變”。銷售希望包含許多功能，但零售價(jià)格不能增加。因此，設(shè)計(jì)師必須足夠聰明，以控制成本。Maxim的許多高度集成解決方案通過降低電流消耗、尺寸和成本來幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)。

審核編輯：郭婷