让低功耗MSP430的功耗更低——第2部分 (低功耗cmos电路设计)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}在《让低功耗MSP的功耗更低——第1部分》一文中，我们探讨了特别有趣的MSP属性：尽管MSP的电源电压范围很宽（1.8至3.6V），但功耗会随提供给MCU的特定电压变化而变化。换句话说，电源电压从1.8V提高到3.6V会明显增大电池的流耗。这是我们想要尽量避免的，因为这样只会导致电池电量更快耗尽，最终给这部分用户带来困扰。这就是稳压器能帮上忙的地方。我们正在通过降低电源电压有效*流耗。然而，在选择稳压器时有几个应该重视的注意事项。首先，一定要知道何时使用LDO，何时使用DC/DC转换器。尽管DC/DC转换器的高效率特性很有吸引力，但考虑应用的占空比或您希望MSP进入休眠状态的频繁程度也很重要。原因在于当MSP处于低功耗模式时，从电池获取的电流远远小于工作状态下的电流消耗。而且它处在较轻负载下时，典型降压转换器（即降压DC/DC转换器）的效率开始降低。请看一下在轻负载模式下降压转换器TPS的效率曲线：

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尽管转换开关在这些较轻负载下性能非常出色，但一旦输出电流降至uA范围时，其性能就开始降低了。当在提供小于uA电流时，我们预计效率会远远低于%。让我们将其与LDO对比。与DC/DC转换器不同，LDO的效率不会随输出电流出现很大变化。其通常可简化为：

对于这个实例，可以说在大多数条件下效率可预计为：

但是，一旦输出电流变得越来越轻，该公式就会出现问题。在这种情况下考虑功耗时，我们还必须将LDO的静态电流纳入考虑因素。为此，我们必须使用以下公式：

可以说我们正在使用TPS向正处于低功耗模式下的MSP提供uA电流。由于TPS具有nA的静态电流，我们应该将效率预计在.3%。我们看到效率有所下降，是因为不得不考虑提供给LDO的静态电流。然而由于该静态电流非常小，因此几乎没有影响所需的高效率。在您希望您的MSP处于低功耗模式下以延迟时间周期时，最重要的是提供尽可能低的静态电流。如前文所述，选择最高效率的选项，取决于您希望您的MSP以什么样的频率进入低功耗模式。健身腕带或智能手表等可佩戴应用并非总是处于工作状态，它们可能有很长的空闲时间周期，可以让MSP进入低功耗模式。在这种情况*耗会下降，如下图中低功耗模式所示：

如果应用的大部分时间都处于这种模式下，那么更高效率的选项通常就是低静态电流LDO。但如果应用具有较高的占空比，转换开关通常将实现更长的电池使用寿命。回想一下，TI最近发布了一款降压DC/DC转换器，其可在轻负载下保持很高的效率，在这方面可匹敌LDO。TPS是一款nA静态电流的转换开关，即使在向负载提供uA的电流时，也能保持%的效率。这是一款非常好的器件，它可在工作及低功耗模式下保持如此高的效率。当然，不足之处是解决方案尺寸较大，所产生的电磁辐射可能会影响应用。在支持小型可穿戴应用时，尽量使组件小型化非常重要。这里，根据应用的尺寸情况，LDO可能比降压转换器更合适，因为它具有更少的外部组件，而且无需电感器。到目前为止应该非常明显了，在低静态电流LDO或DC/DC转换器之间进行选择要取决于具体应用。但能确定的一点是添加稳压器对延长应用电池使用寿命非常关键。这可能不太直观，但降低提供给MSP的工作电压确实能*各种电池的流耗。幸运的是，5系列和6系列MSP都能通过集成PMM或电源管理模块来充分发挥这一优势。如下图所示，需要根据*频率使用四个不同内核电压中的一个来为MSPFx供电：

您可根据所需的内核电压对内部稳压器进行数字编程来获得其中一个内核电压，并可通过选择尽可能低的内核电压来按照上述逻辑有效节省电源，例如降低工作电压可减少内核所需的电流。这样做的好处是无外部稳压器可带来更低功耗的优势。然而唯一的*是在您的电池电压高于MSP的最大允许电源电压(3.6V)范围时。在这种情况下，需要稳压来将电池电压降低至MSP的电源范围内。这对通常提供4.2V电压的锂离子电池来说很常见。低静态电流LDO或高效率降压转换器可在将功耗保持最低的同时降低该电压。当涉及低功耗计算时，MSP是最佳选择。其低功耗模式可帮助它节省大量电源。但是，我们还应该记住，电源电压也可决定MCU所消耗电流的量。利用低静态电流LDO或高效率DC/DC转换器将电池电压降到较低水平，我们可有效延长电池使用寿命。幸运的是，最新MSP系列可通过内部PMM来充分发挥这一属性优势。但有时仍然需要降低电压使其处于可接受的电压范围内。记住，增加一样东西未必总是使其更大。推荐阅读：让低功耗MSP的功耗更低——第1部分升压转换器的功率翻倍提高，这是怎么做到的？如何选择汽车*头模块的电源开关电源组件的设计考虑因素如何调节低电压非隔离式电源要采购转换器么，点这里了解一下*!上一篇：让低功耗MSP的功耗更低——第1部分下一篇：中国国际大农业仪器博览会暨高峰特别推荐MP：电表PMIC界新来的“五好学生”氮化镓器件在D类音频功放中的应用及优势如何通过使用外部电路扩展低边电流检测并提高DRV的检测精度SiCMOSFET的设计挑战——如何平衡性能与可靠性集成式光学*如何满足床旁检测仪器的未来需求技术文章更多>>“解剖”便携式医疗设备，看看里面都有啥？如何满足各种环境下汽车USB充电端口要求？电感饱和与开关电源之间的密切关系，这篇文章讲透了！（下）使用UWB技术的卓越汽车中科融合刘欣：从MEMS微振镜芯片入手，全栈式解决3D机器视觉挑战

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