节约能源：小事意义重大

消费者要求便携式设备具有较长的电池寿命。与此同时，对于非便携式设备，不断增加的能源成本和最新的能源之星指南正在将公众的意识集中在浪费的待机功率上。因此，满足绿色能源法规和降低待机功耗已成为设计人员的新口头禅，尤其是在系统全天 24 小时处于活动状态时。为了满足较低的功耗水平，电路设计人员知道细节决定成败，每个电路都需要证明其当前预算的合理性。本文将介绍Maxim芯片如何帮助系统设计人员降低典型系统的功耗预算。这些示例仅重点介绍了Maxim广泛的超低电流器件产品组合中的一小部分产品。

消费者要求便携式设备具有较长的电池寿命，这是理所当然的。便利是最重要的，这个概念渗透到我们的社会中。我们不想排队等候，交通拥堵等，此外，我们通常会为这种特权付费。因此，我们有自动取款机24/7全天候分配现金;数字视频录像机 （DVR），使我们能够对娱乐进行时移;让我们 24/7 全天候交流和娱乐自己的移动设备;等等。“小、轻、快、易”是当今消费者的口头禅。作为设备设计师，我们明白，我们的成功需要满足这些期望。

使设备“更环保”是集成、架构、组件选择和功能管理的组合，以节省便携式系统中的每一微安，以及线路供电系统中的毫安和更多。在便携式系统中，设计人员通常以微安为单位计算电流。然而，当电路板上的单个指纹泄漏的电流可能超过芯片的待机电流时，即使这样也会受到影响。

过去五十年的流行歌曲“小东西意味着很多”，教我们如何为当今的便携式市场设计电路。套用这首歌，向歌曲作者道歉，“因为老实说，亲爱的，他们只是要花钱”电池。我们首先想到的是大件物品——一个休眠的微处理器、吸电流的显示器和闪存——然后是电路的其余部分。细节决定成败，每个支持电路都需要证明其当前预算的合理性。法规因地区而异，但待机功率的典型目标是小于0.5W至3W，而超过80%的运行效率的典型目标正变得司空见惯。

作为消费者，阅读我们的家庭公用事业电费账单可能会令人恐惧。作为工程师，我们可以设计电路来帮助消费者减少电费。例如，只需查看HDTV DVR接收器。典型的单元消耗 120W 并且通常没有待机模式。24/7全天候运行，每月运营成本为34.52美元（基于北加州每千瓦时0.399美元的罚款电费）。这只是我们家中的一种电器，它强调了成本或潜在的节省如何迅速增加。在一个典型的中产阶级家庭中，可能有超过35台设备在供电。值得庆幸的是，大多数可能具有某种形式的待机电源模式，可在系统空闲时减少功耗。

不断增加的能源成本使消费者的注意力集中在总拥有成本上。功耗至关重要，请记住，对于进入房间的每一瓦特，空调将其移除大约需要两瓦特。因此，对于我们工程师来说，超越绿色能源法规对我们的业务和地球都是明智的。

一台基本工作机器

今天，我们的家庭和工作场所都有电机和微处理器为我们工作。当自然灾害发生时，我们很快就会想起我们的生活方式对电力的依赖程度。

当我们查看机器、电器和娱乐设备的框图时，我们发现了很多共同点。我们感觉到一些东西，然后开始行动。这实际上是大多数工作的定义。例如，我们感知室温并打开加热器或空调装置。我们或机器感知光线水平并打开灯。我们的草坪喷水灭火控制器可感应时间并在编程的时间段内打开水电磁阀。

图2.简单有用的机器的概念是PLC的基础，PLC的功能是通过软件和硅的组合来定义的。

我们从最简单的有用机器开始，然后添加功能。图 2 是这样的机器;它感知某个参数，使用处理器根据预定标准评估激励，然后启动输出动作。 （是的，我们可以展示带有双金属机械开关的加热器、空调或冰箱，但我们正在这台机器上构建更复杂的设备。实际上，我们正在描述可编程逻辑控制器（PLC）。在图 3 中，我们开始定制系统以满足客户的要求。

图3.高度集成的构建模块IC如Maxim的构建模块IC可以实现基本的PLC。

为了得出图3中的系统，我们按照所需的速度对传感器输入和动作输出以及分区功能进行了划分。相对缓慢变化的输入和输出可以围绕一个PLC引擎进行多路复用。传感器和动作（例如安全项目）可能需要多个并行PLC，这需要持续关注。表 1 列出了此根 PLC 引擎的可能组件。我们可以多路复用传感器，并通过切换初始运算放大器中的增益和失调来调理信号。在任何大容量消费类设备中，该放大器都必须价格低廉。低功耗CMOS运算放大器，如MAX9915，可为控制环路提供必要的精度。系统决定使用几种放大器配置中的哪一种。

部分	描述	电流消耗
MAX1108/MAX1109	8 位 ADC、双通道、50ksps	工作在 < 130μA;待机< 0.5μA
MAX6029	串联基准电压源， 0.15% 初始精度	工作在 5.25μA （最大值）
MAX5380/MAX5381/MAX5382	8 位 DAC、2 线串行接口、5 引脚 SOT23 封装	工作在 230μA; 待机 1μA
MAX9915	运算放大器、1MHz单位增益带宽、 轨到轨	工作在 20μA; 待机 0.001μA
MAX5490/MAX5491/MAX5492	精密匹配的电阻分压器，0.025% 容差	在零 A 上运行; 待机零 A
MAX5426	用于仪表放大器的数字可编程电阻网络	工作在 90μA 电流
MAX5430	用于可编程增益放大器的数字可编程精密分压器	工作在 6μA 电流
MAX308、MAX4581	8 对 1 模拟多路复用器	工作在 < 17μA
MAX5128	数字电位计，非易失性	待机 0.5μA
DS80C320/DS80C323	微控制器，兼容 80C31/80C32，快速节能	停止模式：带隙导通时为 50μA;1μA 带隙关闭

有几种可能的放大器配置：

输入放大器级可以由MAX9915运算放大器和MAX5490/MAX5492精密匹配电阻分压器组成，其匹配范围在0.025%以内。这种组合利用了一个相对适中的运算放大器，但提供了精确的增益和出色的温度系数。

我们可以增加三个运算放大器和一个MAX5426数字可编程电阻网络，组成差分输入仪表放大器。

如果需要具有数字可编程精密增益1、2、4和8的可编程增益放大器，我们将MAX5430精密分压器与运算放大器组合在一起。

或者，增益、偏置和失调可以通过数字电位器（如MAX5128）设置。MAX5128甚至集成了非易失存储器，因此可以设置和保留任何增益设置。上电时，电位器采用先前的值，这是校准电平和失调的有效工具。

控制环路上的ADC为MAX1108或MAX1109。这些器件是具有内部基准的 8 位、双通道、50ksps 转换器。表1还给出了一个低功耗的MAX6029外部电压基准，如果转换器需要更高的精度，可以增加该基准。

DS80C320/DS80C323是快速兼容8051的微控制器。这些高集成度控制器包括 8 个 <> 位 I/O 端口、<> 个全双工硬件串行端口、定时器/计数器、一个看门狗定时器和暂存器 RAM。通过允许更多的睡眠周期，他们的高速架构使用更少的功率来完成同等的工作。

微处理器的输出通过MAX5380/MAX5381/MAX5382 8位DAC转换为模拟信号，这些DAC使用两线串行接口将电路压缩到节省空间的5引脚SOT23封装中。DAC还集成了一个输出缓冲放大器，以进一步减少元件数量和电路板空间。

为更复杂的设备扩展根 PLC

通过详细介绍最基本的PLC引擎，可以清楚地了解如何添加功能以匹配应用。每个人都想要更多的便利，这通常意味着更多的特性/专业功能。这是电路设计人员讨厌的“功能蠕变”。销售希望包含许多功能，但零售价格不能增加。因此，设计师必须足够聪明，以控制成本。Maxim的许多高度集成解决方案通过降低电流消耗、尺寸和成本来帮助设计人员实现应用目标。

审核编辑：郭婷