Maxim芯片有助于設計人員降低系統功耗

對于便攜式設備，消費者迫切要求延長(cháng)其電池壽命；對于非便攜式設備，不斷飆升的能源價(jià)格和最新的能源之星(Energy Star?)規劃也促使公眾更加關(guān)注待機功耗問(wèn)題。因此，符合綠色能源規范并降低待機功耗已經(jīng)成為設計者追求的新目標，特別是對于每天工作24小時(shí)的系統。為了滿(mǎn)足低功耗要求，電路設計人員深知細節決定成敗，需要對每一部分電路的電流進(jìn)行仔細測算。本文介紹了Maxim芯片在典型系統中的應用，有助于設計人員降低系統功耗。文中給出的實(shí)例只是Maxim眾多超低電流器件中的幾個(gè)典型例子。

消費者迫切要求延長(cháng)便攜設備的電池壽命，這也是理所應當的要求。產(chǎn)品使用的便利性同樣至關(guān)重要，這一理念已經(jīng)滲透到全社會(huì )。例如，我們不愿意排隊等候，不能忍受交通堵塞等等，我們往往會(huì )為享受特殊待遇而不吝嗇于掏腰包。于是，我們有了自動(dòng)提款機，能夠每天24小時(shí)、每周7天提供全天候營(yíng)業(yè)；數字錄像機(DVR)使我們能夠錄制娛樂(lè )節目以供閑暇時(shí)欣賞；移動(dòng)設備則為我們享受全天候的順暢通信和自?shī)首詷?lè )提供保障；類(lèi)似的事例還有很多?！靶∏?、輕便、快捷和簡(jiǎn)單”是當今消費者的追求。作為產(chǎn)品設計人員，我們深知滿(mǎn)足這些需求是走向成功的必由之路。

更高程度的“綠色”環(huán)保設計需要綜合考慮系統整合、結構、元件選擇以及功能管理等多方面技術(shù)，從而節約便攜系統每一微安的電流，節約電力線(xiàn)供電系統每一毫安甚至更多的電流。便攜系統中，設計人員習慣以微安為單位計算電流。然而，當電路板上一個(gè)指紋大小的污漬所產(chǎn)生的漏電流超過(guò)一個(gè)芯片的待機電流時(shí)，設計人員也不得不做出讓步。

“Little Things Mean a Lot”，這是一首流行了50年的老歌，它啟發(fā)我們如何設計滿(mǎn)足當前市場(chǎng)需求的便攜產(chǎn)品。我們首先想到的“大”問(wèn)題是：處于休眠狀態(tài)的微處理器、顯示器耗電以及閃存，隨后需要考慮的是其它電路。細節決定成敗，每一部分電路的電流都要仔細考量。不同地區的要求可能不盡相同，典型的待機功率通常限定在0.5W至3W以下，通常情況下工作效率應該高于80%。

作為一位消費者，看到家里的電費單時(shí)可能會(huì )感到吃驚。而作為一名工程師，我們完全可以設計電路幫助消費者降低電費。以一臺HDTV DVR接收器為例，一般情況下，接收器消耗的功率為120W，這些接收器往往沒(méi)有待機模式。如果每天工作24小時(shí)，每周工作7天，一個(gè)月的電費將達到$34.52 (美金) (以北加州$0.399/kWh電費計算)。這僅僅是家里的一臺電器，可以想象我們能夠節省成本的空間和潛力有多大。一個(gè)普通的中產(chǎn)階層家庭，消耗電能的電器設備可能達到35臺。值得慶幸的是，大多數電器都有待機模式，系統空閑時(shí)有助于降低功耗。

不斷飆升的能源價(jià)格使消費者更加關(guān)注設備整體的使用成本。功耗是關(guān)鍵，需要注意的是：房間內每增加1瓦功耗，空調將消耗大約2瓦的功率排放相應的熱量。對于工程師而言，堅持綠色能源規范對于我們的事業(yè)和我們賴(lài)以生存的地球都是明智的選擇。

工作機器基本單元

現在，無(wú)論是在家里還是辦公室，都能看到工作的電動(dòng)機和微處理器。發(fā)生自然災害時(shí)，我們會(huì )很快意識到我們對電力的依賴(lài)性有多大。

從機械設備、電器和娛樂(lè )設施的基本框架，我們會(huì )發(fā)現很多相似之處。圖1給出了常用電器的簡(jiǎn)化原理圖。我們首先檢測某些信息，隨后做出響應。這是絕大多數工作流程的真實(shí)寫(xiě)照。例如，我們檢測房間的溫度，然后打開(kāi)加熱器或空調；我們或機器檢測亮度，然后打開(kāi)照明燈；草地噴灌控制器根據計時(shí)時(shí)間，按照一定的周期打開(kāi)水管。

圖2. 一臺簡(jiǎn)單實(shí)用的機器定義是PLC的基礎，其功能通過(guò)軟件和硅片組合確定。

我們可以從一個(gè)最簡(jiǎn)單的機器開(kāi)始，逐漸添加各種功能。圖2所示就是一臺這樣的機器：它檢測某些參數，利用處理器按照預設的標準處理激勵，然后做出響應(是的，可以將其當作帶有雙金屬機械開(kāi)關(guān)的加熱器、空調或冰箱，我們將在這一基礎上構建更加復雜的機器)。實(shí)際上，我們正在描述的是一個(gè)可編程邏輯控制器(PLC)。按照圖3所示，我們提供滿(mǎn)足客戶(hù)需求的定制系統。

圖3. Maxim提供的高集成度IC組合構成了基本的PLC單元。

為了實(shí)現圖3所示系統的設計，我們按照所要求的速度采集傳感器輸入并做出相應的響應，啟動(dòng)輸出和各部分功能。相對而言，緩慢變化的輸入、輸出可共用一個(gè)PLC控制器。對于那些需要實(shí)時(shí)響應的應用，例如：安全保護功能，可能需要多個(gè)PLC同時(shí)進(jìn)行處理，對傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監測并提供及時(shí)的操作。表1列出了基本PLC控制器包括的元件。通過(guò)切換前級運放的增益和偏置，可以對多個(gè)傳感器信號進(jìn)行復用采集和信號調理。在大批量生產(chǎn)的消費類(lèi)電子設備中，放大器成本必須控制在很低水平。例如MAX9915低功耗CMOS運放，能夠提供環(huán)路控制所要求的精度，按照具體的系統要求對系統進(jìn)行適當的放大器配置。

放大器的配置形式有以下幾種：

輸入級放大器由MAX9915運放和MAX5490/MAX5492精密匹配(匹配精度在0.025%以?xún)?的電阻分壓器組成。這是一種比較通用的放大器配置，具有高精度增益和較好的溫度系數指標。

將放大器數量增加到三個(gè)，配合MAX5426數字可編程電阻網(wǎng)絡(luò )，構成一個(gè)差分輸入的儀表放大器。

如果需要數字可編程增益放大器，并且需要的增益是：1、2、4和8，則可利用MAX5430精密分壓器和一個(gè)運放實(shí)現。

也可利用數字分壓器，例如MAX5128，設置增益、偏置和失調。MAX5128還集成了非易失存儲器，用于配置并保存所有增益設置。上電時(shí)，芯片可以調用存儲數據—這是電平和失調校準的有效工具。

控制環(huán)路ADC可以采用MAX1108或MAX1109。該系列器件為8位、雙通道、50ksps轉換器，內置基準。表1還列出了一個(gè)低功耗MAX6029外部電壓基準，如果需要提高轉換器精度，可以使用外部基準。

DS80C320/DS80C323是8051兼容高速微控制器。這些高度集成的控制器包括4路8位I/O端口、2路全雙工硬件串口、定時(shí)/計數器、看門(mén)狗定時(shí)器以及暫存器RAM。由于允許更長(cháng)的休眠周期，其高速架構在相同工作條件下消耗的功率更小。

微處理器輸出通過(guò)MAX5380/MAX5381/MAX5382轉換成模擬信號，該系列8位DAC采用2線(xiàn)串行接口，器件采用節省空間的5引腳SOT23封裝。DAC還集成了輸出緩沖放大器，進(jìn)一步減少了元件數量并縮小了電路板空間。

從基本PLC到復雜度更高的器件

通過(guò)細化PLC引擎，可以很容易了解增加哪些功能來(lái)滿(mǎn)足具體應用的需求。每個(gè)人都在強調便捷性，這意味著(zhù)需要更多的功能/專(zhuān)用功能。這也正是電路設計人員比較忌諱的“功能泛濫”。銷(xiāo)售人員希望產(chǎn)品集成更多功能，但不要增加零售價(jià)；設計人員則必須控制成本。Maxim提供廣泛的高集成度解決方案，能夠幫助研發(fā)人員降低電流損耗、減小尺寸并降低成本，從而滿(mǎn)足應用需求。

節能是我們義不容辭的責任，Maxim更是責無(wú)旁貸。公司利用其研發(fā)資源，為各種節能和高效率產(chǎn)品提供設計和支持。本文僅列舉了少數幾款Maxim器件，這幾款器件只是Maxim眾多超低電流器件中的幾個(gè)典型例子。

審核編輯：郭婷