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關于在降低設計功耗的過程中如何利用控制器功能

電子設計 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2018-07-05 09:31 ? 次閱讀

在降低設計功耗的過程中,您是否充分利用了微控制器MCU)中集成模數轉換器ADC)的所有功能?這篇博文將帶您了解如何借助集成模數器實現更低的功耗。

在這篇博文中,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

可選時鐘

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

8、10、12或14位可選,選擇最低位數可提高轉換速度,節省電池電量(本系列的第二篇博文)

窗口比較器發現相關信號之前,不必進行實際處理,甚至不必使用8位模式(本系列的第三篇博文)

DMA 的模塊過程(本系列的第三篇博文)

使用定時器來觸發ADC轉換(本系列的第三篇博文)

可選參考

可選參考允許用戶選擇適合其性能的最小電流。如果電源穩定,可將電源作為超低功耗參考。使用電源作為基準,意味著內部參考無需電流,而且參考沒有啟動時間。

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和時鐘(MODOSC或SYSOSC)的啟動時間很短。此外,在其緩沖器啟動前(參見設備數據表了解具體數值),作為低功耗的內部參考首先啟動。由于不需要充電時間過長的外部電容器,因此緩沖器可快速建立。這樣,僅在使用的時候才需要打開緩沖器,而且外部電容器充電也需花費更長時間。

可選時鐘源

考慮時鐘選擇時,需要考慮系統級功率預算。在某些情況下,轉換更快的時鐘可節約能量。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鐘源的電流可將ADC的啟動時間降至最低,并可節省凈功率。

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沖器。與SYCOSC情況一樣,如果您在ADC14中使用較慢的時鐘,可以考慮將低功耗模式(ADC14PWRMD = 2)作為時鐘源(參見設備數據表了解具體的時鐘要求)。

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沖器時一樣小。這種情況下,較慢的時鐘降低ADC的電流消耗,但需要更長時間才能完成。

使用內部參考時,最低能耗模式取決于您的應用。應基于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、時鐘或其它地方使用的參考、時鐘頻率、轉換次數等。對于采樣時間長的應用,ADC采樣時間電流小于轉換電流,因此您看到的數據比數據表中的數值小。您可能需要做一些臺架測試,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,并考慮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,而帶更快時鐘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。

pIYBAFs9dZ6AdVyAAAEx-geVN1g218.png

圖1

為了幫助您優化系統,圖2中顯示了常規和低功耗模式中帶內部參考的ADC14的兩種示例的電流分布。

pIYBAFs9daKARWTGAAEDVFtebGg683.png

圖2

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伏最小電源電壓。對于電池操作,如果可以使用低功率模式,可延長電池壽命并且仍然充分采樣信號。對于穩壓電源,使用低電壓降壓轉換器可極大地提高所有電流源的效率,并降低從電源中牽引的電流。

能夠使用集成DC / DC驅動核心電壓

MSP432微控制器提供了一個集成DC / DC轉換器,可提高包括ADC14數字邏輯的核心電源效率。對于ADC14電流的數字段,DC / DC轉換器減少電流消耗。對于差分輸入,當使用DC/DC轉換器時,性能差異可忽略不計。對于單端輸入方式,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轉換器適用于您的應用。

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,并在需要時自動重新啟用。時鐘源、MODOSC或SYSOSC也可自動啟用,在需要時為ADC14自動提供MODCLK或SYSCLK;ADC14或裝置的其余部分不需要時,也可對其禁用。ADC14 MODOSC / SYS OSC與內部參考一起啟動,因此時鐘自動關閉不會造成影響。

通過設置ADC14REFBURST位,并將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,以減少用于測量溫度的能耗。

最后四種防范在本系列第二和第三篇博文中有更詳細的介紹:

選擇所需的最小位數提高完成速度,節省能源。

使用窗口比較器,在您完成匹配、提高分辨率前,不必實際處理比較轉換值,甚至不用使用8位模式。

使用DMA的模塊過程來減少資源的使用

使用定時器來觸發ADC轉換,以盡量減少所用資源

您可使用上述幾種功能在您的應用中降低MSP432 MCU的ADC功耗?

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