作者：Mercedes Casamayor and Claire Croke

尺寸和功耗是便攜式電池供電應(yīng)用中的兩個關(guān)鍵特性。否則，可以僅根據(jù)這兩個功能的缺陷從便攜式系統(tǒng)中設(shè)計出可接受的組件。每個人都希望擁有更小、更緊湊的手機、MP3 播放器、PDA 和數(shù)碼相機，電池充電或更換之間的間隔時間也會更長。對于半導(dǎo)體制造商來說，這意味著需要具有高性能的低功耗IC，并且在更小的封裝中具有相同甚至額外的功能。

在便攜式電池供電應(yīng)用中，電池壽命是系統(tǒng)設(shè)計人員的關(guān)鍵問題。電池放電曲線因電池類型和電流消耗而異。例如，圖1顯示了鋰/氧化錳的典型放電曲線2具有三個典型電流負載的（初級）電池。他們表明，它必須提供的電流越高，電池壽命就越短。由于即使是少量電流也會縮短電池壽命，因此在非運行時（或在運行時盡可能）最小化系統(tǒng)組件靜態(tài)消耗的電流可以延長電池壽命。

圖1.典型放電曲線。

如今，幾乎所有銷售到電池供電設(shè)備市場的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）都提供省電模式作為標準功能。用于將ADC置于省電狀態(tài)的技術(shù)及其有效性因器件而異。

一些ADC具有專用關(guān)斷引腳，用于將器件轉(zhuǎn)換為省電模式。這種方法的缺點是，額外的引腳會導(dǎo)致ADC的引腳數(shù)增加，從而增加封裝尺寸。其他ADC，如AD7887，需要寫入片內(nèi)控制寄存器才能產(chǎn)生省電狀態(tài)。多通道ADC通常就是這種情況，其中內(nèi)部寄存器用于通道選擇和模式選擇。該板載寄存器還意味著一個額外的DATA IN串行接口引腳。

為了減少引腳數(shù)量，一些最近的ADC使用標準接口線來實現(xiàn)省電模式;一個例子是12位、1 MSPS AD7476A，采用微型6引腳SC-70封裝。

AD7476A的3線只讀串行接口不僅可以控制轉(zhuǎn)換過程并訪問ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果，還用于建立器件的不同工作模式。通過在轉(zhuǎn)換期間控制CS（轉(zhuǎn)換開始）的狀態(tài)來選擇操作模式。這樣做的好處是，改變模式所需的信號是標準串行接口信號。

串行接口由 CS、SCLK 和 SDATA 線路組成。正常轉(zhuǎn)換需要7476個串行時鐘脈沖才能完成。CS信號用于啟動轉(zhuǎn)換和對7476個串行時鐘進行幀處理。轉(zhuǎn)換啟動后，CS拉高的時間將決定AD8A是否進入省電模式，或者，如果已經(jīng)處于省電模式，則決定AD16A是否恢復(fù)正常工作。通過微控制器的標準 <> 或 <> 脈沖 SCLK 突發(fā)或 DSP 的任何長度的成幀信號，可以輕松更改工作模式。

圖2顯示了正常轉(zhuǎn)換期間的時序圖，圖3顯示了如何通過控制CS信號進入關(guān)斷模式。這種工作模式旨在提供靈活的電源管理選項，并最大限度地降低不同應(yīng)用要求的功耗。

圖2.串行接口信號處于正常轉(zhuǎn)換狀態(tài)。

圖3.使用串行接口信號進入省電模式。

為了降低功耗并保持電池壽命，AD7476A應(yīng)在兩次轉(zhuǎn)換之間或多次突發(fā)轉(zhuǎn)換后進入低功耗狀態(tài)。

AD7476A是一款12位逐次逼近型（SAR型）ADC，采用2.35 V至5.25 V電源供電，吞吐速率高達1 MSPS。AD7476A結(jié)合了CMOS技術(shù)和先進的設(shè)計技術(shù)，可在高吞吐速率下實現(xiàn)低功耗。

AD7476A在周期內(nèi)的平均功耗取決于其在全功耗狀態(tài)（工作）下花費的時間與低功耗狀態(tài)（省電）所花費的時間間隔的百分比。掉電時間越長，平均功耗越低。

為了利用AD7476A實現(xiàn)最低功耗，應(yīng)盡快進行轉(zhuǎn)換。由于轉(zhuǎn)換時間由SCLK頻率決定，因此SCLK頻率越快，轉(zhuǎn)換時間越短。因此，該器件可以在更短的時間間隔內(nèi)保持省電模式，并在更短的時間內(nèi)耗散最大功率。

圖4顯示了AD7476A在100 kSPS固定吞吐速率下不同SCLK頻率下的平均功耗。轉(zhuǎn)換完成后，ADC進入省電模式，并通過虛擬轉(zhuǎn)換上電。如圖所示，時鐘頻率越快，平均功耗越低。

圖4.AD7476A不同串行時鐘頻率的功耗

圖5顯示，對于20 MHz的固定SCLK頻率，當ADC以低吞吐速率運行時，ADC的平均功耗非常低。但是，隨著吞吐速率的增加，平均功耗也會增加，因為與工作狀態(tài)相比，ADC處于省電狀態(tài)的時間更短。另一張圖顯示了在兩次轉(zhuǎn)換之間未實現(xiàn)關(guān)斷模式時ADC的平均功耗。它們共同表明，雖然在較低的吞吐速率下，通過將ADC置于兩次轉(zhuǎn)換之間的省電狀態(tài)可以實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果，但隨著轉(zhuǎn)換速率的提高，節(jié)能會逐漸減少。例如，在300 kSPS時，兩種情況之間的差異小于0.5 mW。

通過標準串行接口信號實現(xiàn)的不同關(guān)斷模式的進一步步驟是自動關(guān)斷模式。隨著便攜式電池供電應(yīng)用的超低功耗ADC趨勢，ADI公司最近推出了AD7466，這是一款采用12引腳SOT-6封裝的微功耗、23位SAR型ADC。該器件的工作電壓范圍為 1.6 V 至 3.6 V，吞吐速率高達 200 kSPS。

圖5.AD7476A功耗比較

AD7466在轉(zhuǎn)換前上電，轉(zhuǎn)換完成后返回省電模式;這消除了虛擬轉(zhuǎn)換的需要。與AD7476A相同，AD7466的轉(zhuǎn)換時間由SCLK決定，通過提高串行時鐘速度可以縮短轉(zhuǎn)換時間，從而提供相同的節(jié)能效果。

圖6顯示了AD7466在不同吞吐速率、串行時鐘頻率和電源下的功耗。省電模式下的電流消耗典型值為8 nA。AD7466采用0 V工作電壓時最大功耗為9.3 mW，0 kSPS時功耗為3.1 V時最大功耗為8.100 mW。

圖6.AD7466不同SCLK和電源電壓下的功耗與吞吐速率的關(guān)系

我們已經(jīng)證明，更快的SCLK頻率和更長的關(guān)斷模式大大降低了ADC的平均功耗。這些節(jié)能特性與節(jié)省空間的6引腳2 mm×2.1 mm SC70表貼封裝相結(jié)合，使AD7476A成為便攜式電池供電應(yīng)用的理想選擇，也是其他解決方案的非常緊湊的替代方案。對于功耗極低的3.6 V<應(yīng)用，AD7466是理想的解決方案。

審核編輯：郭婷