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原创分享···如何进行低功耗硬件电路设计

说到如何低功耗设计,大家肯定第一时间想到MSP430。是的,msp430的特长就是进行低功耗。使用这片芯片,能使得产品的大脑——微控制器的功耗更低。然后哪?然后,有的同学说就没有了。也有的同学会说,要在不进行处理事情的时候进入低功耗状态,在需要处理事情的时候唤醒msp430。

但是,进行这样的处理就能得到低功耗的产品或设计了吗?

前段时间,看到一个网友在论坛问,为什么我使用了msp430进行设计,不操作时也进入了低功耗状态,功耗怎么还那么高啊?让我实在不无语。

一个产品的低功耗设计,并不仅仅只是采用一个低功耗的MCU就能解决的问题。产品的低功耗,不久取决于MCU的低功耗,也取决于低功耗的外围硬件电路。

一、低功耗系统的电源电路

在常见的开发板中,广泛采用了78XX、LM1117等系列三端稳压器,但这些稳压芯片却并不适合进行低功耗产品设计。低功耗设计若要进行稳压电路设计,必须采用低功耗的LDO,如TI的TPS797系列,自身功耗仅1.2uA。

对于采用1.5V电池供电的产品,就要采用低功耗的升压电路。如TI的TPS6030X采用电荷泵结构,增加几个外接电容能够在0.9~1.8V输入电压范围内保证3V或3.3V稳压输出,自身功耗只有65uA。并且带有开关脚EN,EN接低电平时输出关闭,功耗下降到1uA以下。

对于在电池不同的电压时,分别要进行升压或者降压的电路,可以使用低功耗的升降压稳压电路,如TI的TPS630,可以在1.8V~5.5V电压范围内,稳定地输出3.3V电压。当然,这种电路比低功耗LDO的功耗要略高,它静态功耗为30~50uA。

另外,当产品不需要一直待机时,可以采用受程序控制进行断电的电源开关电路。让产品在不使用时自动断电,从而功耗更低。

二、外部电路的电源管理

采用带关断功能的器件。对于不需要一直工作的当外围器件,当不工作时,尽量关断该部分电源,以达到更低的功耗。对某些没有关断管脚的电路,可以采用MOS管、CMOS驱动器等电路实现电源开关,对局部的电路进行电源管理。

当然,如果能采用零功耗的外围电路就是更理想的了。

三、避免IO口漏电流

当外围电路没有电源时,IO口仍然可能会是潜在的电源输出。所以当外围电路断电后,IO状态应设置为输入状态或者输出低电平状态,避免漏电流。

四、低功耗的信号调理电路

对于各种传感器,大量信号调理电路被采用。而非常多的经典的信号调理电路却并没有考虑功耗问题。对于低功耗产品设计,应该采用低功耗的信号调理电路。比如采用低功耗运放,TLV2241等每运放功耗仅1uA。低功耗的同向放大器或反向放大器,低功耗的I/V变换电路,低功耗的仪表放大器等等

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xzszrs
LV.11
2
2014-02-19 15:58
低功耗设计是一个系统设计,需要很高的软件和硬件还有系统设计水平。
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2014-02-26 23:09
在常见的开发板中,广泛采用了78XX、LM1117等系列三端稳压器,但这些稳压芯片却并不适合进行低功耗产品设计。低功耗设计若要进行稳压电路设计,必须采用低功耗的LDO,如TI的TPS797系列,自身功耗仅1.2uA。
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2014-02-26 23:09
对于采用1.5V电池供电的产品,就要采用低功耗的升压电路。如TI的TPS6030X采用电荷泵结构,增加几个外接电容能够在0.9~1.8V输入电压范围内保证3V或3.3V稳压输出,自身功耗只有65uA。并且带有开关脚EN,EN接低电平时输出关闭,功耗下降到1uA以下。
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2014-02-26 23:10
对于在电池不同的电压时,分别要进行升压或者降压的电路,可以使用低功耗的升降压稳压电路,如TI的TPS630,可以在1.8V~5.5V电压范围内,稳定地输出3.3V电压。当然,这种电路比低功耗LDO的功耗要略高,它静态功耗为30~50uA。
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2014-02-26 23:10
对于不需要一直工作的当外围器件,当不工作时,尽量关断该部分电源,以达到更低的功耗。
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2014-02-26 23:11
外围电路断电后,IO状态应设置为输入状态或者输出低电平状态,避免漏电流。
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2014-02-26 23:11
非常好的经验分享的啊,谢谢楼主了,上边这些非常重要的,我都记下的啦
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ddPoor
LV.2
9
2014-02-26 23:12
学习了。
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ddPoor
LV.2
10
2014-02-26 23:13
@庸人自扰
非常好的经验分享的啊,谢谢楼主了,上边这些非常重要的,我都记下的啦
有用就好
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2014-02-26 23:16
学习了!期待继续。
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Mickeyso1n
LV.2
12
2014-02-26 23:17
相当好,谢谢分享。
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2014-02-26 23:18
相当棒!超级赞!
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2014-02-26 23:18
有用。
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2014-02-26 23:19
支持
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2014-02-26 23:19
@知音难求
支持
谢谢
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yue0299
LV.2
17
2014-02-26 23:20
顶起
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2014-02-26 23:25
我觉得这是一篇大文章, 单凭个人可能不容易写全.应该发动群众, 欢迎大家参与, 提供各自的经验体会, 一起来完成这篇文章 
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2014-02-26 23:26
@此恨不关风与月
我觉得这是一篇大文章,单凭个人可能不容易写全.应该发动群众,欢迎大家参与,提供各自的经验体会,一起来完成这篇文章 
是的,低功耗问题是个科技发展过程不变的话题,随着科技的进步,功耗没有最低,只有更低~~欢迎大家都来发表自己的经验体会,甚至于实例,一起来探讨这个永恒的话题
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2014-02-26 23:27
补充一条,就是信号调理电路的电压基准源,这个是我在开发过程中遇到的情况,如果参考LM4040-2.5的典型设计,采用典型值20欧姆电阻串接在电源和基准之间,电流是很大的,但是电阻值调大的话经过验证也是可以正常工作的,所以并不会使产品性能下降,这条当做补充信号调理电路的部分吧
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2014-02-26 23:28
支持
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2014-02-26 23:29
经验之谈,顶起!在实际的电路中,我如何才可以准确的知道我的器件到底消耗了多了电量呢,如何测量
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2014-02-26 23:29
@Popular颠覆
经验之谈,顶起!在实际的电路中,我如何才可以准确的知道我的器件到底消耗了多了电量呢,如何测量
对某个外围电路功耗的测量,可以分别测量使用该电路和不使用该电路的功耗,相减得出(外围电路的设计要尽量带有关短功能)
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2014-02-26 23:30
学习了
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2014-02-26 23:31
学习学习
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2014-02-26 23:32
@jinsheng1987
补充一条,就是信号调理电路的电压基准源,这个是我在开发过程中遇到的情况,如果参考LM4040-2.5的典型设计,采用典型值20欧姆电阻串接在电源和基准之间,电流是很大的,但是电阻值调大的话经过验证也是可以正常工作的,所以并不会使产品性能下降,这条当做补充信号调理电路的部分吧
ISL21080
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2014-02-26 23:33
我们思路一样呢!最近在弄一个电池供电的基于430的一个传感器!正好也用到了你提到的TPS系列的电荷泵!不错!支持!
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2014-02-26 23:33
谢谢分享
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ICEBOYZ
LV.2
29
2014-02-26 23:34
低功耗设计的最大难点就是如何控制外围电路、模块的电源管理
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2014-02-26 23:34
文章不错 顶一个
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2amor
LV.2
31
2014-02-26 23:36
支持!TI的产品非常给力!比如TPS54360 TPS54229E,TPS54331,LM系列的产品都非常好用的
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