节省成本的智能仪表该怎么做？

在现代仪表设计中，低功耗是必不可少的。不论是测量煤气、水、电或热量，你必须限制流耗，以实现较长的电池使用寿命，并且/或者防止错误读数。幸运的是，TI提供多种解决方案来满足这些需要。在这篇帖子中，我将检查某些常见配置，来看看TI产品在哪些方面可以为你的设计提供辅助。

电表

电表无处不在，不过它们的电源设计几乎没有一样的。基于成本、尺寸和效率方面的考虑因素，设计人员执行具有不同复杂度的电源模式。这些差异源自AC线路电压到微控制器或片上系统 (SoC) 的DC电压轨的转换方式。图1是一个单相位电表的高级示例。

图1：单相位电表方框图

在为MCU生成一个经稳压的MCU时，我们可以采用几项常见技术。其中最注重成本节约的实现方式就是电容器压降，这个方法用二极管和电容器，连同串联电容器和电阻器，以及一个并联的齐纳二极管，来实现传统半波整流（请见图2）.

图2：经简化的电容器压降电源

串联电容器和电阻器限制了对外提供的电流数量。而齐纳二极管调节了低压降稳压器 (LDO) 输入上的电压。（不应将齐纳二极管用作到MCU的负载点 [PoL] 稳压器。由于齐纳电压的变化量很大，将齐纳二极管用作PoL稳压器会有把电压调节到MCU额定电源电压范围之外的风险。齐纳二极管也不包含其它在LDO中常见的重要特性，其中包括电流限制和线路稳压。）如需了解与这些组件相关的更多信息，请参见下方的额外资源部分。

LDO为MCU提供一个稳定的电源电压轨。然而，并不是任何一款LDO都可以用于这个模式中。由于LDO输入端上的电压容易产生瞬态电压尖峰，这个LDO必须具有宽输入电压范围，以应对这样的情况。系统的泄露电流也必须得到控制，以符合这些行业标准。因此，你必须用一个具有小静态电流的LDO来限制汲取的电流数量。TPS709就是一款同时具有宽输入电压范围（高达30V）以及低静态电流额定值 (1.3µA) 的稳压器。

在线路电压下降的情况下，应该对电压进行测量，以确保不间断运行。图2中的可选二极管防止了LDO的输入电压低于输出电压情况下的电流反向流动。由于某些LDO（比如说TPS709）具有集成的反向电流保护功能，使这个二极管变得有些多余，因此这个二极管被标记为可选项。

图3：在LDO之后连接电池的电容器压降电源

图3和4特有一个与线路电压并联的电池。当线路电压消失时，这个电池将作为第二电源。一旦电池的标称电压减去二极管压降后的值大于已连接节点的电压，那么电池就接通。这个电池可以连接在LDO之后（图3）或之前（图4）。不过，我建议将电池尽可能地连接在LDO之前，以确保一个处于MCU电压范围内的稳定经稳压电压。

图4：在LDO之前连接电池的电容器压降电源

水表

考虑到水表不是由AC线路供电运行，它的电源要简单得多；它使用电池供电运行。在某些情况下，这个电池必须提供10年或者更长的运行时间。为了实现这一目的，汲取的电流必须保持在尽可能低的水平上。如图5所示，诸如TPS782的LDO可以为这种设计类型提供帮助，这是因为它对输出电压和汲取的最小静态电流都可以进行调节。

图5：水表的电源

虽然看起来不是那么直观，不过把LDO与电池组合在一起使用确实能够减少耗电量。其原因在于低功耗微控制器（比如说TI的MSP430）中电源电压与电源电流之间的关系。虽然电源电压的范围也许很宽（MSP430的电源电压范围可以达到1.8V至3.6V），提供较高的电压轨将会相应地产生较高的电源电流。因此，用较低电压电源轨来控制不必要的流耗是有一定意义的。我们会在下一篇博客中就这一问题进行深入讨论。

不论你的仪表是由AC线路供电，还是由电池供电，使用合适的LDO能够确保正确运行并减少功耗。

其它资源：

通过阅读这份操作说明书的电容器电源部分，来了解与电容器压降组件和这些组件设计相关的更多内容。

阅读这篇博客文章，“使低功率MSP430的功耗更低—第1部分。”