低功耗

今日，Maxim宣布推出MAX12900超低功耗、高度集成的4-20mA传感器变送器，帮助工业自动化应用创建小尺寸、低功耗、高精度设计。理想用于工业自动化和过程控制、环路供电4-20mA电流变送器、远程仪表和智能传感器。
现今，系统设计者在开发增强型4-20mA传感器变送器时不得不考虑更多因素。其中包括：提升宽温范围的测量精度，减小尺寸以适合小型化需求。此外，设计者还需要满足严苛的条件——传感器变送器的总电流不超过4mA。

MAX12900具有10 ppm/°C电压基准，相比传统方案，温漂可降低3.5倍，有效提高了系统精度。小尺寸MAX12900(5mm x 5mm封装尺寸)集成了10个经过优化的单元电路，与传统4-20mA传感器变送器方案相比，空间大幅节省20%-50%。通过集成高压LDO和电源顺序控制功能，有效简化4-20mA传感器变送器的上电控制。器件最大耗流只有250uA，相比传统方案可节省高达50%的功耗。利用最新的MAX12900方案，将微控制器的脉宽调制数据转换为2、3或4线配置的4-20mA环路电流，有效降低方案复杂度，节省系统成本。MAX12900采用32引脚TQFN封装，工作在-40°C至+125°C工业级宽温范围。

在物联网的推动下，业界对各种电池供电设备产生了巨大需求。这反过来又使业界对微控制器和其他系统级器件的能源效率要求不断提高。因此，超低功耗(ULP)已成为一个过度使用的营销术语，特别是用于描述微控制器时。作为理解ULP背后真正意义的第一步，应考虑其各种含义。

本文我们将考察ADI公司的两款微控制器，以帮助大家了解如何在此背景下解读超低功耗的真正意义。我们还会讨论 EEMBC联盟的认证机制，因为它确保了得分的准确性，可帮助系统开发人员为其解决方案选择最合适的微控制器。

<strong>测量和优化超低功耗</strong>

作为了解ULP的出发点，我们首先解释如何测量它。开发人员通常会查看数据手册，在其中可以找到每MHz的电流值，以及不同睡眠模式下的电流值。

<strong>第一个问题是，查看工作功耗时，数据手册通常不会解释获得该值的条件。</strong>

<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路是一款完整的高性能旋变数字(RDC)电路，该电路可在汽车、航空电子和关键工业应用等要求宽温度范围内具有高稳定性应用的场合精确测量角度位置和速度。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-02/wen_zhang_/100010179-35063-ad.p…; alt=“图1. 高性能旋变数字转换(RDC)电路原理示意图：未显示所有元件、连接和去耦” width="600"></center><center><i>图1. 高性能旋变数字转换(RDC)电路原理示意图：未显示所有元件、连接和去耦</i></center>

<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路是一种隔离式智能工业现场仪表，可与许多类型的模拟传感器，如温度传感器(Pt100、Pt1000、热电
偶)或桥式压力传感器等接口。该仪表通过4 mA至20 mA模拟输出和可寻址远程传感器高速通道(HART®)接口进行通
信。HART是一种数字双向通信，可在标准4 mA至20 mA模拟电流信号之上调制一个1 mA峰峰值频移键控(FSK)信号。HART接口可实现众多功能，例如远程校准、故障查询和过程变量传输；这些功能在诸如温度和压力控制等应用中是必须的。

该电路采用超低功耗、精密、24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)AD7124-4，其包括温度和压力系统所需的全部特性。该电路还包括16位4 mA至20 mA环路供电数模转换器(DAC)AD5421，业界功耗最低且尺寸最小的HART兼容型IC调制
解调器AD5700，提供超低功耗串行外设接口(SPI)隔离的ADuM1441，CMOS开关ADG5433，以及位于隔离功率电
路中的低功耗3.3 V稳压器ADP162。

低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy) 设备的外形轻巧，可用于资产和人员的实时定位服务(RTLS)。它的一大主要优势就是电池寿命长，可以保证便携式设备能够始终处于开机状态。

蓝牙mesh配置文件提供了基本的基础设施协议，支持利用mesh中继节点（通常是线路供电的设备）网络中的标签来实现消息中继。这些节点的位置通过几何三边测量技术来计算，通常是由三个或以上的节点所接收到的信号强度（RSSI）来确定的，而定位精确度取决于用于RSSI测量的单个芯片。例如WiSilica病人跟踪系统的商用类产品，通常需要精细到1米。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-12/wen_zhang_/100009517-32185-mesh…; alt=“” width="600"></center>

<strong>支持照明控制</strong>

瑞萨电子株式会社（TSE：6723）的子公司瑞萨电子（中国）有限公司（以下简称“瑞萨电子”）宣布推出R7F0C205L、R7F0C206L、R7F0C206M、R7F0C207M和R7F0C208M等5款新产品，扩充其16位微控制器（MCU）产品线，进一步加强对触控式家电设备、智能楼宇、工业自动化和便携式设备应用的开发支持。嵌入式开发人员可以利用新产品在单芯片上同时集成用户界面（包括电容触控键、LED和LCD）和系统控制功能。

该新款MCU继承了RL78系列产品业界领先的低功耗和卓越的电磁兼容性（EMC）等强大性能。电容式触控应用的开发人员能以超低功耗、极低成本利用瑞萨电子最先进的第二代电容式触控技术。此外，嵌入式LCD和LED直接驱动功能，支持多样化的产品设计，并在整个产品线上规范了开发人员MCU平台。MCU还集成了用于驱动LED和LCD的高电流端口，可优化具有LED和LCD显示器的电容式触摸按键应用。 新型MCU是瑞萨电子首款在单芯片上支持LCD和LED直接驱动的16位触控式MCU。该新品将以包括MCU、Workbench和图形用户界面（GUI）工具（HMI代码生成器）的解决方案交付，相关评估板和评估套件将另行提供。

<strong>新型电容触控 MCU的主要特性：</strong>

<strong>如何实现低功耗、低成本的差分输入转单端输出放大器电路？</strong>

许多应用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器，将小差分信号转换成可读的接地参考输出信号。两个输入端通常共用一个大共模电压。差分放大器会抑制共模电压，剩余电压经放大后，在放大器输出端表现为单端电压。共模电压可以是交流或直流电压，此电压通常会大于差分输入电压。抑制效果随着共模电压频率增加而降低。相同封装内的放大器拥有更好的匹配性能、相同的寄生电容，并且不需要外部接线。因此，相比分立式放大器，高性能、高带宽的双通道放大器拥有更出色的频率表现。

一个简单的解决方案就是使用阻性增益网络的双通道精密放大器，如图1所示。此电路显示了一种将差分输入转换为带可调增益的单端输出的简单方式。系统增益可通过公式1确定：

过去的40年中，MOS器件尺寸的持续缩小一直是促进半导体工业发展的动力。人们可以在越来越小的芯片上实现越来越复杂的功能，并且芯片的价格不断下降，使得各种便携式产品如笔记本电脑、笔迹识别仪、语音识别器等相继问世。这些设备大多依靠电池供电，电池的寿命是有限的，而目前的镍镉电池最多能提供的电能只有 26 W／pound。而且，随着芯片集成度的增加，单位面积上消耗的功率也随之增加，这不得不增加为芯片散热的成本。因而，如文献中所述，电路的已成为电路设计的重要指标。

从已有的研究成果可知，电路中的功率消耗源主要有以下几种：由逻辑转换引起的逻辑门对负载电容充、放电引起的功率消耗；由逻辑门中瞬时短路电流引起的功率消耗；由器件的漏电流引起的消耗，并且每引进一次新的制造技术会导致漏电流20倍的增加，漏电流引起的消耗已经成为功率消耗的主要因素。目前降低功耗的方法主要有：减小电源电压、调整晶体管尺寸、采用并行和流水线的系统结构、利用睡眠模式、采用电路等。其中，能量回收逻辑就是基于绝热计算发展起来的一种低功耗设计技术。这里简单介绍一种使用单相正弦电源时钟的能量回收逻辑，并用这种原理电路设计了一个两位的数字电路，与静态CMOS数字乘法器相比，这种能量回收乘法器能够大大降低功率消耗。

循序渐进式的功耗优化已经不再是超低功耗mcu的游戏规则，而是“突飞猛进”模式，与功耗相关的很多指标都不断刷新记录。我们在选择合适的超低功耗mcu时要掌握必要的技巧，在应用时还需要一些设计方向与思路才能够更好的应用。

<strong>1、超低功耗mcu-低功耗mcu的选择方法</strong>

嵌入式微控制器 （mcu）的功耗在当今电池供电应用中正变得越来越举足轻重。大多mcu 芯片厂商都提供低功耗产品，但是选择一款最适合您自己应用的产品并非易事，并不像对比数据表前面的数据那么简单。我们必须详细对比 mcu 功能，以便找到功耗最低的产品，这些功能包括：断电模式、 定时系统 、事件驱动功能、 片上外设、 掉电检测与保护、 漏电流处理效率。

在低功耗设计中，平均电流消耗往往决定电池寿命。例如，如果某个应用采用额定电流为 400mAh 的 Eveready 高电量 9V 1222 型电池的话，要提供一年的电池寿命其平均电流消耗必须低于 400mAh/8760h，即45.7uA。

随着物联网快速地发展，我们将会看到：

每个人住的房子里都会拥有各种各样的智能设备，比如智能洗衣机、智能监控摄像头、智能血压计等；

每个人身上穿戴的产品会变成智能设备，比如智能外套、智能跑鞋、智能足垫等；

每个人驾驶的车里面会充满各种智能设备，比如车载HUD、具有导航功能的智能设备、小型汽车调节器等

……

据预测，我们每个人平均会拥有30到50个智能设备连接到网络上，而这些设备大部分属于消费类终端。毫无疑问，在这个万物互联的时代背景下，低功耗物联网将在消费类领域大放异彩、掀起一场新风暴。为了抓住这样一个不可多得的行业发展机会，美国高通联合物联网智库、LPWAN产业联盟近日在深圳举办了一场线下沙龙活动。本次活动邀请了智能家居、可穿戴、医疗设备等领域内的厂商共同参与，包括美的智慧家居、绿米联创、东软集团、机智云、创感科技等一起探讨了NB-IoT与eMTC在这些领域中的应用展望

<strong>美国高通眼中的物联网</strong>