如何使用省电模式降低ADC的功耗

尺寸和功耗是便携式电池供电应用中的两个关键特性。否则，仅基于这两个特征的缺陷，可以从便携式系统中设计出可接受的组件。每个人都希望更小，更小巧的手机，MP3播放器，PDA和数码相机 - 在电池充电或更换之间的时间增加。对于半导体制造商而言，这需要具有高性能的低功率IC以及更小封装中的相同甚至更多功能。

在便携式电池供电应用中，电池寿命是一个至关重要的问题给系统设计师。电池放电曲线根据电池类型和电流消耗而不同。例如，图1显示了具有三个典型电流负载的锂/ MnO 2 （初级）电池的典型放电曲线。他们表明，必须提供的电流越高，电池的寿命就越短。由于即使少量电流也会缩短电池的使用寿命，最大限度地减少系统组件在不运行时或在运行期间可能的静态电流 - 可以延长电池寿命。

如今，几乎每一个销售到电池供电设备市场的模拟/数字转换器（ADC）提供了一种断电模式作为标准功能。用于将ADC置于关断状态的技术及其有效性因器件而异。

有些ADC具有专用的关断引脚，可将器件转换为关断模式。这种方法的缺点是额外的引脚会导致ADC的引脚数增加，从而增加封装尺寸。其他ADC（如AD7887）需要写到板载控制寄存器才能产生掉电状态。多通道ADC通常就是这种情况，其中内部寄存器用于通道选择和模式选择。该板载寄存器还意味着额外的DATA IN串行接口引脚。

为了减少引脚数量，一些最近的ADC使用标准接口线来实现掉电模式;一个例子是12位，1 MSPS AD7476A，采用纤巧的6引脚SC-70封装。

AD7476A的3线只读串行接口不仅可以控制转换过程并访问ADC的转换结果，还可以用来建立器件的不同工作模式。通过在转换期间控制 CS （转换开始）的状态来选择操作模式。这样做的好处是，更改模式所需的信号是标准串行接口信号。

串行接口由 CS ，SCLK和SDATA线组成。正常转换需要16个串行时钟脉冲才能完成。 CS 信号用于启动转换并构建16个串行时钟帧。转换启动后， CS 拉高的时间将决定AD7476A是否进入掉电模式 - 或者，如果已经断电模式，AD7476A是否恢复正常工作。使用来自微控制器的标准8或16脉冲SCLK脉冲串或来自DSP的任何长度的成帧信号，可以轻松地改变操作模式。

图2显示了时序正常转换期间的图表，图3显示了如何通过控制 CS 信号进入掉电模式。这种工作模式旨在提供灵活的电源管理选项，并最大限度地降低不同应用要求的功耗。

为降低功耗并延长电池寿命，AD7476A应该是在转换之间或几次转换之后进入低功耗状态。

有关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电源供电，吞吐速率最高可达1 MSPS。 AD7476A结合了CMOS技术和先进的设计技术，可在高吞吐速率下实现低功耗。

AD7476A在周期时间内的平均功耗由其在全功率状态（运行）中花费的时间百分比确定，与在低功率状态（功率下降）中花费的时间间隔相比较。掉电所花费的时间越长，平均功耗就越低。

为了实现AD7476A的最低功耗，应尽可能快地进行转换。由于转换时间由SCLK频率决定，因此SCLK频率越快，转换时间越短。因此，器件可以在更长的时间间隔内保持掉电模式，并在更短的时间内耗散最大功率。

图4显示了固定不同SCLK频率下AD7476A的平均功耗吞吐率为100 kSPS。转换完成后，ADC进入掉电模式，并通过虚拟转换进行上电。如图所示，时钟频率越快，平均功耗越低。

图5显示，对于20 MHz的固定SCLK频率，以低吞吐率运行ADC时，ADC的平均功耗非常低。然而，随着吞吐率增加，平均功耗增加，因为与运行状态中的时间相比，ADC在更短的时间内保持在断电状态。另一个图显示了在转换之间没有实现关断模式时ADC消耗的平均功率。它们共同表明 - 在较低的吞吐率下，通过将ADC置于转换之间的断电状态，可以实现显着的功耗节省 - 随着转换速率的增加，电源节省的功率也会逐渐减少。例如，在300 kSPS时，两种情况之间的差异小于0.5 mW。

通过标准串行接口信号实现的不同省电模式的另一个步骤是自动

em>省电模式。随着便携式电池供电应用的功耗极低的趋势，ADI公司最近推出了采用6引脚SOT-23封装的 microower 12位SAR型ADC AD7466包。它的工作电压范围为1.6 V至3.6 V，吞吐速率最高可达200 kSPS。

AD7466在转换前上电，并在转换完成后返回掉电模式;这消除了对虚拟转换的需要。与AD7476A相同，AD7466的转换时间由SCLK决定，允许通过提高串行时钟速度来缩短转换时间，从而提供相同的省电效果。

图6显示了AD7466针对不同吞吐速率，串行时钟频率和电源的功耗。掉电模式下的电流消耗通常为8 nA。 AD7466在3 V时工作时最大功耗为0.9 mW，在100 kSPS时工作电压为1.8 V时最大功耗为0.3 mW。

我们已经证明，更快的SCLK频率和更长的省电模式可以大大降低ADC消耗的平均功率。这些节能与节省空间的6引脚2 mm×2.1 mm SC70表面贴装封装相结合，使AD7476A成为便携式电池供电应用的理想选择，是其他解决方案的紧凑型替代产品。对于功耗<3.6 V的超低功耗预算应用，AD7466是理想的解决方案。