圖1.基於SAR型ADC的數據采集子係統的框圖

 

簡單而言，DPS就是一個在需要時啟用電子元件、在不需要時禁用電子元件的動態過程。圖1所示為一個典型的基於SAR型ADC的數據采集子係統。SAR型ADC的一個主要屬性是其功耗隨吞吐速率而變化，這使其非常適合功耗敏感型應用。以往，ADC驅動器和基準電壓源緩衝器不能與SARyiyangxiangyouzidonggonghaotiaojiegongneng。tamentongchanghuizaixitongyunxingshishangdianbingqiyong，zheyanghuixiaohaoguoduodedianneng。jiasheqiyongshijianzugouduan
，biankeyidongtaifangshiqudongfangdaqiguanduanyinjiao，congerjinyongADC轉換之間的放大器。這就是動態功耗調節。通過對放大器運用DPS，可大幅降低其平均電流消耗。借助DPS
，放大器靜態電流隨關斷引腳正在被驅動的負載周期而變化。理論平均靜態電流可由下式得出

 

 

其中：

 

● I_AVG為平均DPS靜態電流

 

● I_{Q_ON}為已啟用的放大器的靜態電流

 

● I_{Q_OFF}為已禁用的放大器的靜態電流

 

● t_ON為啟用放大器的時間

 

● t_S為采樣頻率周期

 

本文的其餘部分將聚焦於ADC驅動器放大器，但DPS概念也可運用至基準電壓源緩衝器，而且得到的結果類似。

 

圖2.在選定t_ON（與一直啟用的放大器相關）時進行DPS的理論放大器功耗

 

動態功耗調節介紹

 

圖2顯示了ADC驅動器放大器在一直啟用時的理論效率提升。f_R處的豎直基準線代表ADC功耗等於一直啟用的驅動器放大器的功耗時的采樣頻率。采樣速率較低時，放大器的功耗占主導，采樣速率較高時
，ADC的功耗占主導。基準頻率(f_R)將隨放大器和選定ADC的功耗而變化
，但基本概念依然相同。進行功耗調節的同一放大器的相對效率提升以三種不同的t_ON值顯示。不出所料
，采樣速率給定時，更小的t_ON會產生更高的效率，並且能夠以更高的采樣速率運用DPS。陰影區域表明，逐漸減小t_ON產生的最大提升區域一般會延伸至約10個f_R以下。由於采樣速率會繼續降至此點以下，因此可實現最大的整體功耗節約，但進一步減小t_ON帶來的優勢可以忽略不計，因為功耗逐漸接近關斷或禁用狀態的功耗。

 

要利用DPS獲得最高的性能
，係統時序和確定最小t_ON至關重要。

 

圖3.放大器和ADC控製信號的簡化時序圖

 

圖3所示為ADC和驅動器放大器的簡化時序圖。圖1中的係統時序功能塊（FPGA
、DSP和微控製器）可提供恰當的定時ADC轉換開始(CNV)和放大器關斷(PD)信號。SAR型ADC會在CNV的上升沿啟動轉換。在CNV的上升沿前

，放大器在ADC采集階段上電一段時間(t_ON)，然後與CNV的上升沿同步關斷。t_ON的值為多大才恰當？

 

雖然圖2說明了使用隨機的t_ON值時的概念，但其清楚表明
，DPS的全部價值將僅在使用最小t_ON時實現。這是放大器必須在ADC轉換開始前啟用以確保結果準確的最短時間。更短的時間將導致SNR或THD降低
，更長的時間將不會引起任何性能提升。實際上最小t_ON在整個采樣速率範圍內並非固定
，並且必須根據具體應用，用經驗進行確定。最小t_ON因不同的放大器和係統而異。例如，如果在圖1的電路中使用ADA4805-1和AD7980的放大器/ADC組合
，則最小t_ON會隨著采樣速率的增大而減小。通常

，1 kSPS時需要~4 μs
，而1 MSPS時則隻需要~600 ns。caiyangsulvjiaodishi，youyuchuyuguanduanzhuangtaideshijianyanchang

，yinerjiaochangdeyiduanshijianhuiweineibufangdaqijiedianfangdiantigonggengduodeshijian，yinerkaiqishijiangengchang。xiangfandi，caiyangsulvgenggaoshi，cishijianduangengduan
，yinerneibufangdianshijiangengduan。shishishang，suizhecaiyangsulvtigao
，youxiandefangdaqiguanduanshijianjiangbiandechangyuzaiguanduanzhuangtaixiaohaodeshijian。shijishang
，fangdaqizaiwanchengguanduanguochengqianjiuyijingzhongxinkaiqi。zhekanqilaishirenweishidekuaisukaiqishijian，danzaixingnengshujuweijianxiaoshiqueshifenyouxiao。

 

預測潛在功耗節省量時需要考慮的最後一點是輸入信號頻率的影響。迄今為止，我們已通過使用給定放大器的計算靜態電流對DPS的(de)概(gai)念(nian)進(jin)行(xing)說(shuo)明(ming)。將(jiang)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)施(shi)加(jia)在(zai)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)入(ru)時(shi)，也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)隨(sui)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)大(da)的(de)動(dong)態(tai)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)輸(shu)入(ru)頻(pin)率(lv)足(zu)夠(gou)低(di)，影(ying)響(xiang)微(wei)乎(hu)其(qi)微(wei)。隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)增(zeng)大(da)，放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)RC網絡會顯示更大的負載
，因而需要放大器提供更大的電流來處理此信號。

 

使用前麵提及的ADA4805-1和AD7980並將這些概念綜合在一起便可得到圖4中的曲線。此圖顯示了進行動態功耗調節的ADC驅動器放大器相對於同樣的放大器在一直啟用時的功耗（用百分比表示）。我們繪製了選定輸入頻率下的DPS效率圖，用以描述更高的輸入頻率對功耗的影響。我們確定了介於1 kSPS至1 MSPS之間的多個采樣速率的最小t_ON，並將其定義為導致SINAD（信噪失真比）與一直啟用的放大器相比減小不超過0.5 dB的t_ON。此圖顯示，在低采樣速率下處理緩慢輸入信號時
，功耗節省量最高可達95%。但對更高吞吐量的係統而言更重要的是
，潛在功耗節省量仍然非常高，在100 kSPS時最高可達65%，在1 MSPS時最高可達35%。必須注意，圖4反映的是一個單位增益緩衝器在持續被采樣的係統中的性能。但是
，如之前所述
，可將這些DPS概念輕鬆運用至基準電壓源緩衝器，而且得到的結果類似。

 

圖4.放大器功耗與動態功耗調節的關係—試驗結果

 

雖然DPSshiyizhongxiangduijiaoxindegainian
，erqiexuyaokaolvshejiheshixuyinsu，danshiqichubuchengguofeichangyouxiao。henmingxian，duigenggaoxingnenghegengdigonghaodekewangjiangyanxudaoweilai，congerjinyibuzengjiaduichuangyidigonghaojiejuefangandexuqiu。

 

 

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

 

推薦閱讀：