作者：Mercedes Casamayor and Claire Croke

尺寸和功耗是便攜式電池供電應用中的兩個關鍵特性。否則，可以僅根據這兩個功能的缺陷從便攜式系統中設計出可接受的組件。每個人都希望擁有更小、更緊湊的手機、MP3 播放器、PDA 和數碼相機，電池充電或更換之間的間隔時間也會更長。對于半導體制造商來說，這意味著需要具有高性能的低功耗IC，并且在更小的封裝中具有相同甚至額外的功能。

在便攜式電池供電應用中，電池壽命是系統設計人員的關鍵問題。電池放電曲線因電池類型和電流消耗而異。例如，圖1顯示了鋰/氧化錳的典型放電曲線2具有三個典型電流負載的（初級）電池。他們表明，它必須提供的電流越高，電池壽命就越短。由于即使是少量電流也會縮短電池壽命，因此在非運行時（或在運行時盡可能）最小化系統組件靜態消耗的電流可以延長電池壽命。

圖1.典型放電曲線。

如今，幾乎所有銷售到電池供電設備市場的模擬/數字轉換器（ADC）都提供省電模式作為標準功能。用于將ADC置于省電狀態的技術及其有效性因器件而異。

一些ADC具有專用關斷引腳，用于將器件轉換為省電模式。這種方法的缺點是，額外的引腳會導致ADC的引腳數增加，從而增加封裝尺寸。其他ADC，如AD7887，需要寫入片內控制寄存器才能產生省電狀態。多通道ADC通常就是這種情況，其中內部寄存器用于通道選擇和模式選擇。該板載寄存器還意味著一個額外的DATA IN串行接口引腳。

為了減少引腳數量，一些最近的ADC使用標準接口線來實現省電模式;一個例子是12位、1 MSPS AD7476A，采用微型6引腳SC-70封裝。

AD7476A的3線只讀串行接口不僅可以控制轉換過程并訪問ADC的轉換結果，還用于建立器件的不同工作模式。通過在轉換期間控制CS（轉換開始）的狀態來選擇操作模式。這樣做的好處是，改變模式所需的信號是標準串行接口信號。

串行接口由 CS、SCLK 和 SDATA 線路組成。正常轉換需要7476個串行時鐘脈沖才能完成。CS信號用于啟動轉換和對7476個串行時鐘進行幀處理。轉換啟動后，CS拉高的時間將決定AD8A是否進入省電模式，或者，如果已經處于省電模式，則決定AD16A是否恢復正常工作。通過微控制器的標準 <> 或 <> 脈沖 SCLK 突發或 DSP 的任何長度的成幀信號，可以輕松更改工作模式。

圖2顯示了正常轉換期間的時序圖，圖3顯示了如何通過控制CS信號進入關斷模式。這種工作模式旨在提供靈活的電源管理選項，并最大限度地降低不同應用要求的功耗。

圖2.串行接口信號處于正常轉換狀態。

圖3.使用串行接口信號進入省電模式。

為了降低功耗并保持電池壽命，AD7476A應在兩次轉換之間或多次突發轉換后進入低功耗狀態。

AD7476A是一款12位逐次逼近型（SAR型）ADC，采用2.35 V至5.25 V電源供電，吞吐速率高達1 MSPS。AD7476A結合了CMOS技術和先進的設計技術，可在高吞吐速率下實現低功耗。

AD7476A在周期內的平均功耗取決于其在全功耗狀態（工作）下花費的時間與低功耗狀態（省電）所花費的時間間隔的百分比。掉電時間越長，平均功耗越低。

為了利用AD7476A實現最低功耗，應盡快進行轉換。由于轉換時間由SCLK頻率決定，因此SCLK頻率越快，轉換時間越短。因此，該器件可以在更短的時間間隔內保持省電模式，并在更短的時間內耗散最大功率。

圖4顯示了AD7476A在100 kSPS固定吞吐速率下不同SCLK頻率下的平均功耗。轉換完成后，ADC進入省電模式，并通過虛擬轉換上電。如圖所示，時鐘頻率越快，平均功耗越低。

圖4.AD7476A不同串行時鐘頻率的功耗

圖5顯示，對于20 MHz的固定SCLK頻率，當ADC以低吞吐速率運行時，ADC的平均功耗非常低。但是，隨著吞吐速率的增加，平均功耗也會增加，因為與工作狀態相比，ADC處于省電狀態的時間更短。另一張圖顯示了在兩次轉換之間未實現關斷模式時ADC的平均功耗。它們共同表明，雖然在較低的吞吐速率下，通過將ADC置于兩次轉換之間的省電狀態可以實現顯著的節能效果，但隨著轉換速率的提高，節能會逐漸減少。例如，在300 kSPS時，兩種情況之間的差異小于0.5 mW。

通過標準串行接口信號實現的不同關斷模式的進一步步驟是自動關斷模式。隨著便攜式電池供電應用的超低功耗ADC趨勢，ADI公司最近推出了AD7466，這是一款采用12引腳SOT-6封裝的微功耗、23位SAR型ADC。該器件的工作電壓范圍為 1.6 V 至 3.6 V，吞吐速率高達 200 kSPS。

圖5.AD7476A功耗比較

AD7466在轉換前上電，轉換完成后返回省電模式;這消除了虛擬轉換的需要。與AD7476A相同，AD7466的轉換時間由SCLK決定，通過提高串行時鐘速度可以縮短轉換時間，從而提供相同的節能效果。

圖6顯示了AD7466在不同吞吐速率、串行時鐘頻率和電源下的功耗。省電模式下的電流消耗典型值為8 nA。AD7466采用0 V工作電壓時最大功耗為9.3 mW，0 kSPS時功耗為3.1 V時最大功耗為8.100 mW。

圖6.AD7466不同SCLK和電源電壓下的功耗與吞吐速率的關系

我們已經證明，更快的SCLK頻率和更長的關斷模式大大降低了ADC的平均功耗。這些節能特性與節省空間的6引腳2 mm×2.1 mm SC70表貼封裝相結合，使AD7476A成為便攜式電池供電應用的理想選擇，也是其他解決方案的非常緊湊的替代方案。對于功耗極低的3.6 V<應用，AD7466是理想的解決方案。

審核編輯：郭婷