本文將介紹系統低功耗模擬組件的設計技術

嘗試降低系統功耗時，一種方法是尋找要優化或移除的設備。另一種方法是在組件級別進行評估之前，將系統作為一個整體進行評估并針對系統功能進行優化。

添加外部 ADC 以降低整體系統功耗

在低功耗數據采集系統中，將模數轉換器 (ADC) 集成到控制器中可減少整體組件數量、成本和理想的功耗。但這種做法實際上可能會增加整體功耗。

當以 1kSPS 采樣時，幾個低功耗微控制器 (MCU) 中集成 ADC 的典型功耗通常大于分立 ADC 的功耗（圖 1）。因此，您實際上可以通過放置一個低功耗 ADC，如微控制器外部的 ADS7042，并關閉微控制器的集成 ADC。事實上，TI 的ADS7042超低功耗 12 位 ADC 在以 1kSPS 采樣時僅消耗 234nW 的功率。

圖 1：集成 ADC 與 ADS7042 在 1kSPS 時的功耗

使用分立式 ADC 而不是集成式 ADC 的另一個好處是，您可以將轉換器保持在傳感器信號附近，以最大限度地減少噪聲拾取。分立式 ADC 還可以幫助擴展微控制器可以支持的模擬輸入通道的數量。

添加設備以節省功率的一個問題是分立設備所需的電路板面積。ADS7042 的 1.5mm x 1.5mm 8 引腳四方扁平無引線 (QFN) 封裝比標準 0805 表面貼裝組件更小，從而最大限度地減少了對整體系統設計尺寸的影響。此外，低引腳數有助于在布局過程中最大限度地減少布線。

檢查低功耗數據采集系統電路

無論您最終為低功耗數據采集系統選擇哪種類型的 ADC，重要的是要了解如何優化 ADC 周圍的電路以降低整體功耗。數據采集??系統中的主要組件是傳感器輸入、將傳感器信號驅動到 ADC 的緩沖器、ADC 和 ADC 的電源。

ADS7042 BoosterPack展示了一個低功耗數據采集系統的示例，它是一款與TI LaunchPad? 開發套件生態系統兼容的開發板。ADS7042 BoosterPack 上的電路旨在轉換來自板載環境光傳感器或超小型 A 型 (SMA) 連接器的模擬數據（圖 2）。

圖 2：ADS7042 BoosterPack 上模擬輸入信號的電路圖

當從連接到由 OPA316 緩沖的 SMA 連接器的模擬傳感器源轉換外部傳感器輸入時，驅動器在 3.3V 時消耗 400μA 的電流，從而導致 1.32mW 的功耗。這大約占系統總功率的 65%——其中包括 REFE3330 電壓基準的功率 (12.87μW) 和 ADS7042 ADC 的功率 (690μW)。如果傳感器在沒有額外驅動器的情況下直接連接到 ADC，就像板載環境光傳感器一樣，傳感器電路僅消耗 99μW 的功率。這是 OPA316 在電路的第一個實現中消耗的功率的 7.5%，甚至沒有考慮驅動模擬輸入信號源所需的功率（表 1）。

表 1：ADS7042 BoosterPack 的電路功耗

減少對驅動器的需求有助于降低整體功耗。但是，使用此解決方案有明顯的權衡取舍。您必須降低 ADC 的采樣率，以最大限度地延長輸入采樣電容器 (C SH ) 的建立時間。但這還具有降低采樣率和 ADC 功耗的優勢，因為轉換器的功耗與采樣率呈線性關系（圖 3）。

圖 3：ADS7042 的功耗與采樣率

在此示例中，使用外部分立式 ADC 有助于降低整體系統功耗。

審核編輯：湯梓紅