如何借助集成模數器實現更低的功耗?
發布時間:2016-06-30 責任編輯:susan
【導讀】在降低設計功耗的過程中,你是否充分利用了微控製器(MCU)中集成模數轉換器(ADC)的所有功能?本文將帶您了解如何借助集成模數器實現更低的功耗。
本文,我們將以MSP432P401R MCU中的ADC14(集成14位模數轉換器)作為示例。低功耗應用,以及減少高占空比應用中的啟動時間都是ADC14設計過程中的考量要素。然而,各個應用都有獨特的特點,因此,為最大限度地降低功耗,必須謹慎選擇ADC14的旋鈕或可編程性。
這篇博文重點講述MSP432™ MCU的一些關鍵特性,您可以通過這些特性自定義ADC14的功率和性能:
可選參考
快速啟動
可選時鍾源
電源模式
最低電壓1.62V
使用集成DC / DC驅動核心電壓
自動關機
內部溫度傳感器,ADC采樣時間減少
可選參考
可(ke)選(xuan)參(can)考(kao)允(yun)許(xu)用(yong)戶(hu)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)其(qi)性(xing)能(neng)的(de)最(zui)小(xiao)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)穩(wen)定(ding),可(ke)將(jiang)電(dian)源(yuan)作(zuo)為(wei)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)參(can)考(kao)。使(shi)用(yong)電(dian)源(yuan)作(zuo)為(wei)基(ji)準(zhun),意(yi)味(wei)著(zhe)內(nei)部(bu)參(can)考(kao)無(wu)需(xu)電(dian)流(liu),而(er)且(qie)參(can)考(kao)沒(mei)有(you)啟(qi)動(dong)時(shi)間(jian)。
快速啟動
ADC14啟動快速,可進一步改進高占空比應用的低功耗。ADC和時鍾(MODOSC或SYSOSC)的啟動時間很短。此外,在其緩衝器啟動前(參見設備數據表了解具體數值),作(zuo)為(wei)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)內(nei)部(bu)參(can)考(kao)首(shou)先(xian)啟(qi)動(dong)。由(you)於(yu)不(bu)需(xu)要(yao)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)過(guo)長(chang)的(de)外(wai)部(bu)電(dian)容(rong)器(qi),因(yin)此(ci)緩(huan)衝(chong)器(qi)可(ke)快(kuai)速(su)建(jian)立(li)。這(zhe)樣(yang),僅(jin)在(zai)使(shi)用(yong)的(de)時(shi)候(hou)才(cai)需(xu)要(yao)打(da)開(kai)緩(huan)衝(chong)器(qi),而(er)且(qie)外(wai)部(bu)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)也(ye)需(xu)花(hua)費(fei)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)。
可選時鍾源
考慮時鍾選擇時,需要考慮係統級功率預算。在某些情況下,轉換更快的時鍾可節約能量。工作周期應用可從具有快速啟動時間的MODCLK受益。用戶必須考慮增加不同時鍾源的電流可將ADC的啟動時間降至最低,並可節省淨功率。
電源模式
電源模式(ADC14PWRMD位)按照最大采樣率調整電流消耗,主要是通過在選擇內部參考時調整所用的緩衝器。與SYCOSC情況一樣,如果你在ADC14中使用較慢的時鍾,可以考慮將低功耗模式(ADC14PWRMD = 2)作為時鍾源(參見設備數據表了解具體的時鍾要求)。
當使用外部參考時,ADC14PWRMD設置之間的每次轉換的能量差壓與未使用參考緩衝器時一樣小。這種情況下,較慢的時鍾降低ADC的電流消耗,但需要更長時間才能完成。
使用內部參考時,最低能耗模式取決於您的應用。應基於每個應用考慮以下因素,包括:ADC無源時啟用低功耗模式的節能、采樣時間、轉換次數、時鍾或其它地方使用的參考、時鍾頻率、轉換次數等。對於采樣時間長的應用,ADC采樣時間電流小於轉換電流,因此您看到的數據比數據表中的數值小。您可能需要做一些台架測試,以了解您的應用的ADC電流消耗。
使用具有最小采樣時間的內部參考,並考慮MODOSC / SYSOSC的能量,單一ADC轉換的低功率模式能耗最低。但是,憑借連續五次或更多的轉換,轉換速度開始占據主導,而帶更快時鍾的常規電源模式能耗最低。圖1對比了12位模式中兩個不同轉換次數的電源模式的能耗。

全速運行過程中,當ADC14PWRMD = 2(200ksps最大值)或最小電源電壓為1.8 V時,ADC14支持最佳的1.62伏fu最zui小xiao電dian源yuan電dian壓ya。對dui於yu電dian池chi操cao作zuo,如ru果guo可ke以yi使shi用yong低di功gong率lv模mo式shi,可ke延yan長chang電dian池chi壽shou命ming並bing且qie仍reng然ran充chong分fen采cai樣yang信xin號hao。對dui於yu穩wen壓ya電dian源yuan,使shi用yong低di電dian壓ya降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi可ke極ji大da地di提ti高gao所suo有you電dian流liu源yuan的de效xiao率lv,並bing降jiang低di從cong電dian源yuan中zhong牽qian引yin的de電dian流liu。
能夠使用集成DC / DC驅動核心電壓
MSP432微控製器提供了一個集成DC / DC轉換器,可提高包括ADC14數字邏輯的核心電源效率。對於ADC14電流的數字段,DC / DC轉換器減少電流消耗。對於差分輸入,當使用DC/DC轉換器時,性能差異可忽略不計。對於單端輸入方式,這對70分貝對73分貝典型SINAD(信噪比和失真比)具有較小影響。如欲了解詳情,敬請參閱設備數據表,確保ADC14與DC / DC轉換器適用於您的應用。
自動關機
ADC14具備自動關機功能,用戶無需任何操作,即可降低功耗。當ADC14停止轉換操作時,處理器將自動禁用,並在需要時自動重新啟用。時鍾源、MODOSC或SYSOSC也可自動啟用,在需要時為ADC14自動提供MODCLK或SYSCLK;ADC14或裝置的其餘部分不需要時,也可對其禁用。ADC14 MODOSC / SYS OSC與內部參考一起啟動,因此時鍾自動關閉不會造成影響。
通過設置ADC14REFBURST位,並將REFON位設置為0,內部參考在樣品或轉換相之間不會自動斷電。
內部溫度傳感器
內部溫度傳感器設計的采樣時間要求比之前的MSP設備更短,以減少用於測量溫度的能耗。
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