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集成模数转换器功能的12种有效方法降低功耗

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:149

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摘要: 在降低设计功耗的过程中,您是否充分利用了微控制器(MCU)中集成模数转换器(ADC)的所有功能?这篇博文将带您了解如何借助集成模数器实现更低的功耗。在这篇文章中,我们将以MSP432P401R MCU中的ADC14(集成14位模数转换器)作为示例。低功耗应用,以及减少高占空比应用中的启动时间都是ADC14设计过程中的考量要素。然而,各个应用都有独特的特点,因此,为最大限度地降低功耗,必须谨慎选择A

在降低设计功耗的过程中,您是否充分利用了微控制器(MCU)中集成模数转换器(ADC)的所有功能?这篇博文将带您了解如何借助集成模数器实现更低的功耗。
在这篇文章中,我们将以MSP432P401R MCU中的ADC14(集成14位模数转换器)作为示例。低功耗应用,以及减少高占空比应用中的启动时间都是ADC14设计过程中的考量要素。然而,各个应用都有独特的特点,因此,为最大限度地降低功耗,必须谨慎选择ADC14的旋钮或可编程性。
这篇文章重点讲述MSP432™ MCU的一些关键特性,您可以通过这些特性自定义ADC14的功率和性能:
可选参考
快速启动
可选时钟源
电源模式
最低电压1.62V
使用集成DC / DC驱动核心电压
自动关机
内部温度传感器,ADC采样时间减少
8、10、12或14位可选,选择最低位数可提高转换速度,节省电池电量
窗口比较器发现相关信号之前,不必进行实际处理,甚至不必使用8位模式
DMA 的模块过程
使用定时器来触发ADC转换
可选参考
可选参考允许用户选择适合其性能的最小电流。如果电源稳定,可将电源作为超低功耗参考。使用电源作为基准,意味着内部参考无需电流,而且参考没有启动时间。
快速启动
ADC14启动快速,可进一步改进高占空比应用的低功耗。ADC和时钟(MODOSC或SYSOSC)的启动时间很短。此外,在其缓冲器启动前(参见设备数据表了解具体数值),作为低功耗的内部参考首先启动。由于不需要充电时间过长的外部电容器,因此缓冲器可快速建立。这样,仅在使用的时候才需要打开缓冲器,而且外部电容器充电也需花费更长时间。
可选时钟源
考虑时钟选择时,需要考虑系统级功率预算。在某些情况下,转换更快的时钟可节约能量。工作周期应用可从具有快速启动时间的MODCLK受益。用户必须考虑增加不同时钟源的电流可将ADC的启动时间降至最低,并可节省净功率。
电源模式
电源模式(ADC14PWRMD位)按照最大采样率调整电流消耗,主要是通过在选择内部参考时调整所用的缓冲器。与SYCOSC情况一样,如果您在ADC14中使用较慢的时钟,可以考虑将低功耗模式(ADC14PWRMD = 2)作为时钟源(参见设备数据表了解具体的时钟要求)。
当使用外部参考时,ADC14PWRMD设置之间的每次转换的能量差压与未使用参考缓冲器时一样小。这种情况下,较慢的时钟降低ADC的电流消耗,但需要更长时间才能完成。
使用内部参考时,最低能耗模式取决于您的应用。应基于每个应用考虑以下因素,包括:ADC无源时启用低功耗模式的节能、采样时间、转换次数、时钟或其它地方使用的参考、时钟频率、转换次数等。对于采样时间长的应用,ADC采样时间电流小于转换电流,因此您看到的数据比数据表中的数值小。您可能需要做一些台架测试,以了解您的应用的ADC电流消耗。
使用具有最小采样时间的内部参考,并考虑MODOSC / SYSOSC的能量,单一ADC转换的低功率模式能耗最低。但是,凭借连续五次或更多的转换,转换速度开始占据主导,而带更快时钟的常规电源模式能耗最低。图1对比了12位模式中两个不同转换次数的电源模式的能耗。

 /><br />图1<br />为了帮助您优化系统,图2中显示了常规和低功耗模式中带内部参考的ADC14的两种示例的电流分布。</p><p><img src="//img.hqew.com/File/Images/0-9999/0/HR/20175502918863310.png" width="480" height="250" alt=
图2
全速运行过程中,当ADC14PWRMD = 2(200ksps最大值)或最小电源电压为1.8 V时,ADC14支持最佳的1.62伏最小电源电压。对于电池操作,如果可以使用低功率模式,可延长电池寿命并且仍然充分采样信号。对于稳压电源,使用低电压降压转换器可极大地提高所有电流源的效率,并降低从电源中牵引的电流。
能够使用集成DC / DC驱动核心电压
MSP432微控制器提供了一个集成DC / DC转换器,可提高包括ADC14数字逻辑的核心电源效率。对于ADC14电流的数字段,DC / DC转换器减少电流消耗。对于差分输入,当使用DC/DC转换器时,性能差异可忽略不计。对于单端输入方式,这对70分贝对73分贝典型SINAD(信噪比和失真比)具有较小影响。如欲了解详情,敬请参阅设备数据表,确保ADC14与DC / DC转换器适用于您的应用。
自动关机
ADC14具备自动关机功能,用户无需任何操作,即可降低功耗。当ADC14停止转换操作时,处理器将自动禁用,并在需要时自动重新启用。时钟源、MODOSC或SYSOSC也可自动启用,在需要时为ADC14自动提供MODCLK或SYSCLK;ADC14或装置的其余部分不需要时,也可对其禁用。ADC14 MODOSC / SYS OSC与内部参考一起启动,因此时钟自动关闭不会造成影响。
通过设置ADC14REFBURST位,并将REFON位设置为0,内部参考在样品或转换相之间不会自动断电。
内部温度传感器
内部温度传感器设计的采样时间要求比之前的MSP设备更短,以减少用于测量温度的能耗。
最后四种防范在本系列第二和第三篇博文中有更详细的介绍:
选择所需的最小位数提高完成速度,节省能源。
使用窗口比较器,在您完成匹配、提高分辨率前,不必实际处理比较转换值,甚至不用使用8位模式。
使用DMA的模块过程来减少资源的使用
使用定时器来触发ADC转换,以尽量减少所用资源
您可使用上述几种功能在您的应用中降低MSP432 MCU的ADC功耗?

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67
型号/产品名 平均报价 涨跌幅
STM8S003F3P6 1.72 1.12%
74HC573D 0.64 2.86%
2N7002 3.66 400.00%
STM32F103C8T6 7.47 27.87%
1N4007 1.58 0.00%
ADM2483BRWZ 8.90 3.21%
SHT10 16.21 5.88%
LM358 118206.75 16.67%
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