在今天的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）中，需要不斷突破性能極限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要更高的速度、更低的噪聲和更優(yōu)的總諧波失真（THD）性能，所有這些都有可能實(shí)現(xiàn)，但卻并非免費(fèi)。實(shí)現(xiàn)這些性能改進(jìn)通常需要更大的工作電流，而更大的工作電流則會(huì)產(chǎn)生更高的功耗。但是，在許多應(yīng)用中，功耗敏感性也越來(lái)越受關(guān)注。原因有很多種?？赡苁怯捎趹?yīng)用是一種利用紐扣電池進(jìn)行工作的遠(yuǎn)程系統(tǒng)，其主要關(guān)注點(diǎn)是電池壽命。也可能是由于應(yīng)用是一種多通道系統(tǒng)，其通道數(shù)較多、電路密度較高，會(huì)造成熱量集中，從而產(chǎn)生由溫度引起的漂移問(wèn)題。無(wú)論何種情況，最大限度降低電流消耗和功耗都是重中之重。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須權(quán)衡更高性能和更低功耗帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。解決此問(wèn)題的一種途徑是借助一個(gè)稱為動(dòng)態(tài)功耗調(diào)節(jié)（DPS）的過(guò)程。

簡(jiǎn)單而言，DPS就是一個(gè)在需要時(shí)啟用電子元件、在不需要時(shí)禁用電子元件的動(dòng)態(tài)過(guò)程。圖1所示為一個(gè)典型的基于SAR型ADC的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。SAR型ADC的一個(gè)主要屬性是其功耗隨吞吐速率而變化，這使其非常適合功耗敏感型應(yīng)用。以往，ADC驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)電壓源緩沖器不能與SAR一樣享有自動(dòng)功耗調(diào)節(jié)功能。它們通常會(huì)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)上電并啟用，這樣會(huì)消耗過(guò)多的電能。假設(shè)啟用時(shí)間足夠短，便可以動(dòng)態(tài)方式驅(qū)動(dòng)放大器關(guān)斷引腳，從而禁用ADC轉(zhuǎn)換之間的放大器。這就是動(dòng)態(tài)功耗調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)放大器運(yùn)用DPS，可大幅降低其平均電流消耗。借助DPS，放大器靜態(tài)電流隨關(guān)斷引腳正在被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載周期而變化。理論平均靜態(tài)電流可由下式得出

其中：

IAVG為平均DPS靜態(tài)電流

IQ_ON為已啟用的放大器的靜態(tài)電流

IQ_OFF為已禁用的放大器的靜態(tài)電流

tON 為啟用放大器的時(shí)間

tS為采樣頻率周期

圖1. 基于SAR型ADC的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的框圖

本文的其余部分將聚焦于ADC驅(qū)動(dòng)器放大器，但DPS概念也可運(yùn)用至基準(zhǔn)電壓源緩沖器，而且得到的結(jié)果類似。

圖2顯示了ADC驅(qū)動(dòng)器放大器在一直啟用時(shí)的理論效率提升。fR處的豎直基準(zhǔn)線代表ADC功耗等于一直啟用的驅(qū)動(dòng)器放大器的功耗時(shí)的采樣頻率。采樣速率較低時(shí)，放大器的功耗占主導(dǎo)，采樣速率較高時(shí)，ADC的功耗占主導(dǎo)。基準(zhǔn)頻率（fR）將隨放大器和選定ADC的功耗而變化，但基本概念依然相同。進(jìn)行功耗調(diào)節(jié)的同一放大器的相對(duì)效率提升以三種不同的tON值顯示。不出所料，采樣速率給定時(shí)，更小的tON會(huì)產(chǎn)生更高的效率，并且能夠以更高的采樣速率運(yùn)用DPS。陰影區(qū)域表明，逐漸減小tON產(chǎn)生的最大提升區(qū)域一般會(huì)延伸至約10個(gè)fR以下。由于采樣速率會(huì)繼續(xù)降至此點(diǎn)以下，因此可實(shí)現(xiàn)最大的整體功耗節(jié)約，但進(jìn)一步減小tON帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)可以忽略不計(jì)，因?yàn)楣闹饾u接近關(guān)斷或禁用狀態(tài)的功耗。

圖2. 在選定tON （與一直啟用的放大器相關(guān)）時(shí)進(jìn)行DPS的理論放大器功耗