如何使用省電模式降低ADC的功耗

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，僅基于這兩個特征的缺陷，可以從便攜式系統(tǒng)中設(shè)計出可接受的組件。每個人都希望更小，更小巧的手機(jī)，MP3播放器，PDA和數(shù)碼相機(jī) - 在電池充電或更換之間的時間增加。對于半導(dǎo)體制造商而言，這需要具有高性能的低功率IC以及更小封裝中的相同甚至更多功能。

在便攜式電池供電應(yīng)用中，電池壽命是一個至關(guān)重要的問題給系統(tǒng)設(shè)計師。電池放電曲線根據(jù)電池類型和電流消耗而不同。例如，圖1顯示了具有三個典型電流負(fù)載的鋰/ MnO 2 （初級）電池的典型放電曲線。他們表明，必須提供的電流越高，電池的壽命就越短。由于即使少量電流也會縮短電池的使用壽命，最大限度地減少系統(tǒng)組件在不運行時或在運行期間可能的靜態(tài)電流 - 可以延長電池壽命。

如今，幾乎每一個銷售到電池供電設(shè)備市場的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）提供了一種斷電模式作為標(biāo)準(zhǔn)功能。用于將ADC置于關(guān)斷狀態(tài)的技術(shù)及其有效性因器件而異。

有些ADC具有專用的關(guān)斷引腳，可將器件轉(zhuǎn)換為關(guān)斷模式。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）需要寫到板載控制寄存器才能產(chǎn)生掉電狀態(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(biāo)準(zhǔn)接口線來實現(xiàn)掉電模式;一個例子是12位，1 MSPS AD7476A，采用纖巧的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，還可以用來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，更改模式所需的信號是標(biāo)準(zhǔn)串行接口信號。

串行接口由 CS ，SCLK和SDATA線組成。正常轉(zhuǎn)換需要16個串行時鐘脈沖才能完成。 CS 信號用于啟動轉(zhuǎn)換并構(gòu)建16個串行時鐘幀。轉(zhuǎn)換啟動后， CS 拉高的時間將決定AD7476A是否進(jìn)入掉電模式 - 或者，如果已經(jīng)斷電模式，AD7476A是否恢復(fù)正常工作。使用來自微控制器的標(biāo)準(zhǔn)8或16脈沖SCLK脈沖串或來自DSP的任何長度的成幀信號，可以輕松地改變操作模式。

圖2顯示了時序正常轉(zhuǎn)換期間的圖表，圖3顯示了如何通過控制 CS 信號進(jìn)入掉電模式。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。

為降低功耗并延長電池壽命，AD7476A應(yīng)該是在轉(zhuǎn)換之間或幾次轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

有關(guān)AD7476A的更多信息

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，吞吐速率最高可達(dá)1 MSPS。 AD7476A結(jié)合了CMOS技術(shù)和先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)，可在高吞吐速率下實現(xiàn)低功耗。

AD7476A在周期時間內(nèi)的平均功耗由其在全功率狀態(tài)（運行）中花費的時間百分比確定，與在低功率狀態(tài)（功率下降）中花費的時間間隔相比較。掉電所花費的時間越長，平均功耗就越低。

為了實現(xiàn)AD7476A的最低功耗，應(yīng)盡可能快地進(jìn)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，器件可以在更長的時間間隔內(nèi)保持掉電模式，并在更短的時間內(nèi)耗散最大功率。

圖4顯示了固定不同SCLK頻率下AD7476A的平均功耗吞吐率為100 kSPS。轉(zhuǎn)換完成后，ADC進(jìn)入掉電模式，并通過虛擬轉(zhuǎn)換進(jìn)行上電。如圖所示，時鐘頻率越快，平均功耗越低。

圖5顯示，對于20 MHz的固定SCLK頻率，以低吞吐率運行ADC時，ADC的平均功耗非常低。然而，隨著吞吐率增加，平均功耗增加，因為與運行狀態(tài)中的時間相比，ADC在更短的時間內(nèi)保持在斷電狀態(tài)。另一個圖顯示了在轉(zhuǎn)換之間沒有實現(xiàn)關(guān)斷模式時ADC消耗的平均功率。它們共同表明 - 在較低的吞吐率下，通過將ADC置于轉(zhuǎn)換之間的斷電狀態(tài)，可以實現(xiàn)顯著的功耗節(jié)省 - 隨著轉(zhuǎn)換速率的增加，電源節(jié)省的功率也會逐漸減少。例如，在300 kSPS時，兩種情況之間的差異小于0.5 mW。

通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口信號實現(xiàn)的不同省電模式的另一個步驟是自動

em>省電模式。隨著便攜式電池供電應(yīng)用的功耗極低的趨勢，ADI公司最近推出了采用6引腳SOT-23封裝的 microower 12位SAR型ADC AD7466包。它的工作電壓范圍為1.6 V至3.6 V，吞吐速率最高可達(dá)200 kSPS。

AD7466在轉(zhuǎn)換前上電，并在轉(zhuǎn)換完成后返回掉電模式;這消除了對虛擬轉(zhuǎn)換的需要。與AD7476A相同，AD7466的轉(zhuǎn)換時間由SCLK決定，允許通過提高串行時鐘速度來縮短轉(zhuǎn)換時間，從而提供相同的省電效果。

圖6顯示了AD7466針對不同吞吐速率，串行時鐘頻率和電源的功耗。掉電模式下的電流消耗通常為8 nA。 AD7466在3 V時工作時最大功耗為0.9 mW，在100 kSPS時工作電壓為1.8 V時最大功耗為0.3 mW。

我們已經(jīng)證明，更快的SCLK頻率和更長的省電模式可以大大降低ADC消耗的平均功率。這些節(jié)能與節(jié)省空間的6引腳2 mm×2.1 mm SC70表面貼裝封裝相結(jié)合，使AD7476A成為便攜式電池供電應(yīng)用的理想選擇，是其他解決方案的緊湊型替代產(chǎn)品。對于功耗<3.6 V的超低功耗預(yù)算應(yīng)用，AD7466是理想的解決方案。