摘要：對于便攜式設備，消費者迫切要求延長其電池壽命；對于非便攜式設備，不斷飆升的能源價格和最新的能源之星(Energy Star®)規劃也促使公眾更加關注待機功耗問題。因此，符合綠色能源規范并降低待機功耗已經成為設計者追求的新目標，特別是對于每天工作24小時的系統。為了滿足低功耗要求，電路設計人員深知細節決定成敗，需要對每一部分電路的電流進行仔細測算。本文介紹了Maxim芯片在典型系統中的應用，有助于設計人員降低系統功耗。文中給出的實例只是Maxim眾多超低電流器件中的幾個典型例子。

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消費者迫切要求延長便攜設備的電池壽命，這也是理所應當的要求。產品使用的便利性同樣至關重要，這一理念已經滲透到全社會。例如，我們不愿意排隊等候，不能忍受交通堵塞等等，我們往往會為享受特殊待遇而不吝嗇于掏腰包。于是，我們有了自動提款機，能夠每天24小時、每周7天提供全天候營業；數字錄像機(DVR)使我們能夠錄制娛樂節目以供閑暇時欣賞；移動設備則為我們享受全天候的順暢通信和自娛自樂提供保障；類似的事例還有很多。“小巧、輕便、快捷和簡單”是當今消費者的追求。作為產品設計人員，我們深知滿足這些需求是走向成功的必由之路。

更高程度的“綠色”環保設計需要綜合考慮系統整合、結構、元件選擇以及功能管理等多方面技術，從而節約便攜系統每一微安的電流，節約電力線供電系統每一毫安甚至更多的電流。便攜系統中，設計人員習慣以微安為單位計算電流。然而，當電路板上一個指紋大小的污漬所產生的漏電流超過一個芯片的待機電流時，設計人員也不得不做出讓步。

“Little Things Mean a Lot”，這是一首流行了50年的老歌，它啟發我們如何設計滿足當前市場需求的便攜產品。我們首先想到的“大”問題是：處于休眠狀態的微處理器、顯示器耗電以及閃存，隨后需要考慮的是其它電路。細節決定成敗，每一部分電路的電流都要仔細考量。不同地區的要求可能不盡相同，典型的待機功率通常限定在0.5W至3W以下，通常情況下工作效率應該高于80%。

作為一位消費者，看到家里的電費單時可能會感到吃驚。而作為一名工程師，我們完全可以設計電路幫助消費者降低電費。以一臺HDTV DVR接收器為例，一般情況下，接收器消耗的功率為120W，這些接收器往往沒有待機模式。如果每天工作24小時，每周工作7天，一個月的電費將達到$34.52 (美金) (以北加州$0.399/kWh電費計算)。這僅僅是家里的一臺電器，可以想象我們能夠節省成本的空間和潛力有多大。一個普通的中產階層家庭，消耗電能的電器設備可能達到35臺。值得慶幸的是，大多數電器都有待機模式，系統空閑時有助于降低功耗。

另請參考：電費計算器。

不斷飆升的能源價格使消費者更加關注設備整體的使用成本。功耗是關鍵，需要注意的是：房間內每增加1瓦功耗，空調將消耗大約2瓦的功率排放相應的熱量。對于工程師而言，堅持綠色能源規范對于我們的事業和我們賴以生存的地球都是明智的選擇。
 

工作機器基本單元

現在，無論是在家里還是辦公室，都能看到工作的電動機和微處理器。發生自然災害時，我們會很快意識到我們對電力的依賴性有多大。


圖1. 生活中常見機器的共同特性

從機械設備、電器和娛樂設施的基本框架，我們會發現很多相似之處。圖1給出了常用電器的簡化原理圖。我們首先檢測某些信息，隨后做出響應。這是絕大多數工作流程的真實寫照。例如，我們檢測房間的溫度，然后打開加熱器或空調；我們或機器檢測亮度，然后打開照明燈；草地噴灌控制器根據計時時間，按照一定的周期打開水管。


圖2. 一臺簡單實用的機器定義是PLC的基礎，其功能通過軟件和硅片組合確定。

我們可以從一個最簡單的機器開始，逐漸添加各種功能。圖2所示就是一臺這樣的機器：它檢測某些參數，利用處理器按照預設的標準處理激勵，然后做出響應(是的，可以將其當作帶有雙金屬機械開關的加熱器、空調或冰箱，我們將在這一基礎上構建更加復雜的機器)。實際上，我們正在描述的是一個可編程邏輯控制器(PLC)。按照圖3所示，我們提供滿足客戶需求的定制系統。


圖3. Maxim提供的高集成度IC組合構成了基本的PLC單元

為了實現圖3所示系統的設計，我們按照所要求的速度采集傳感器輸入并做出相應的響應，啟動輸出和各部分功能。相對而言，緩慢變化的輸入、輸出可共用一個PLC控制器。對于那些需要實時響應的應用，例如：安全保護功能，可能需要多個PLC同時進行處理，對傳感器進行實時監測并提供及時的操作。表1列出了基本PLC控制器包括的元件。通過切換前級運放的增益和偏置，可以對多個傳感器信號進行復用采集和信號調理。在大批量生產的消費類電子設備中，放大器成本必須控制在很低水平。例如MAX9915低功耗CMOS運放，能夠提供環路控制所要求的精度，按照具體的系統要求對系統進行適當的放大器配置。

表1. 用于基本PLC單元的典型低電流Maxim IC

放大器的配置形式有以下幾種：

1. 輸入級放大器由MAX9915運放和MAX5490/MAX5492精密匹配(匹配精度在0.025%以內)的電阻分壓器組成。這是一種比較通用的放大器配置，具有高精度增益和較好的溫度系數指標。
2. 將放大器數量增加到三個，配合MAX5426數字可編程電阻網絡，構成一個差分輸入的儀表放大器。
3. 如果需要數字可編程增益放大器，并且需要的增益是：1、2、4和8，則可利用MAX5430精密分壓器和一個運放實現。
4. 也可利用數字分壓器，例如MAX5128，設置增益、偏置和失調。MAX5128還集成了非易失存儲器，用于配置并保存所有增益設置。上電時，芯片可以調用存儲數據—這是電平和失調校準的有效工具。

控制環路ADC可以采用MAX1108或MAX1109。該系列器件為8位、雙通道、50ksps轉換器，內置基準。表1還列出了一個低功耗MAX6029外部電壓基準，如果需要提高轉換器精度，可以使用外部基準。

DS80C320/DS80C323是8051兼容高速微控制器。這些高度集成的控制器包括4路8位I/O端口、2路全雙工硬件串口、定時/計數器、看門狗定時器以及暫存器RAM。由于允許更長的休眠周期，其高速架構在相同工作條件下消耗的功率更小。

微處理器輸出通過MAX5380/MAX5381/MAX5382轉換成模擬信號，該系列8位DAC采用2線串行接口，器件采用節省空間的5引腳SOT23封裝。DAC還集成了輸出緩沖放大器，進一步減少了元件數量并縮小了電路板空間。
 

從基本PLC到復雜度更高的器件

通過細化PLC引擎，可以很容易了解增加哪些功能來滿足具體應用的需求。每個人都在強調便捷性，這意味著需要更多的功能/專用功能。這也正是電路設計人員比較忌諱的“功能泛濫”。銷售人員希望產品集成更多功能，但不要增加零售價；設計人員則必須控制成本。Maxim提供廣泛的高集成度解決方案，能夠幫助研發人員降低電流損耗、減小尺寸并降低成本，從而滿足應用需求。

節能是我們義不容辭的責任，Maxim更是責無旁貸。公司利用其研發資源，為各種節能和高效率產品提供設計和支持。本文僅列舉了少數幾款Maxim器件，這幾款器件只是Maxim眾多超低電流器件中的幾個典型例子。