第五章嵌入式系统电源器件及电路设计.ppt

第五章 嵌入式系统电源器件及电路设计 在便携式应用中，低功耗是产品能否独树一帜的关键所在，其决定着产品的尺寸大小与操作时间。低功耗问题已成为设计研发人员优化系统的关键目标。 电源效率既由硬件设计与组件选择决定，同时也由基于软件的运行时电源管理技术决定。 1)基于软件的电源管理技术 系统上电行为 空闲模式 断电 电压与频率缩放（frequency scaling ） 2)电路设计和元件选取考虑的因素 采用低功耗器件 采用高集成度专用器件 降低系统的时钟频率 利用“节电”工作方式 实行电源管理 5.1常用电池的选择及相关问题 电池选择首先应考虑的问题： 系统中需要什么电压； 电池需要可再充电吗； 典型使用/充电周期； 系统的标准电流及峰值电流； 是否需要方便地更换电池。 为产生工作电压，可利用线性调节稳压器或开关稳压器。如果输入电路板的电压与所需要的电压比较接近，那么低压差（LDO）线性稳压器可能是较好的选择，因为： 不在电路板上产生噪声； 元件数量少； 价格不高。 但LDO不能输出比输入高的电压，并产生热量。 使用开关稳压器： 通常效率更高； 不产生那么多的热量； 可从任意输入电压产生任意输出电压； 但开关稳压器噪声大，并且元件数量多。 另一需要考虑的问题是电池电压在使用寿命内可能会跨越所需要的电路板电压。 升压-降压器配置 SEPIC配置 以串联或并联的方式安排电池，使电池电压在整个放电周期中都不再跨越电路板需要的电压 影响单片机系统电池供电时间的几个重要要素： 电池本身电量大小及放电曲线； 单片机最小系统功耗（包含EPROM）； 液晶显示器功耗； 存储器功耗； 外围数字电路功耗； 外围模拟电路功耗； 整机供电电源电压的高低； 在进行低功耗嵌入式系统设计时 ,下面是一些需要考虑的方面 : 充电的可行性 设备大小的要求 设备运行时间 设备需要的功率 需要的I/O 速度要求 真正需要的上拉电阻值 可关掉的部分 5.2 常用电压基准/稳压电路的典型应用 基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度的电压源，与普通集成稳压源比较，基准电压源的特点是更注重输出电压的稳定和准确，而不注重其负载能力。稳压基准源使电压稳定度高，不受环境温度影响，而又能通过电位器等元件做精细调整，可获得高准确度的基准电压VREF。 基准源主要有齐纳二极管、隐埋齐纳二极管和带隙电压基准三种，它们都可以设计成两端并联式电路或者三端串联式电路。 统设计问题和基准源的选择： 作为电路设计的一个关键因素，电压基准源的选择需要考虑很多方面的问题并做出折衷，如精度、受温度的影响程度、电流驱动能力、功率消耗、稳定性、噪声和成本。 功耗 供出和吸入电流 温漂 噪声 输出电压温度迟滞 长期稳定性 5.2.1 常用电压基准/稳压的典型应用电路 微功耗基准电压源LM385： 电源电流15μA～20mA，即最低可在15μA电流下工作； 初始电压精度1%或2%，电压温度系数为30ppm； 典型动态阻抗0.6Ω，最大1Ω； 采用T092或DIP8封装； 有相应的工业级、军品级产品LM285、LM185 （a）LM385引脚排列 （b）LM385典型应用 图5-1　 LM385引脚排列与典型应用 图5-2　可调输出LM385引脚排列与典型应用 基准电压源ICL8069： 共分4挡：ICL8069A、ICL8069B、ICL8069B、ICL8069D，温度系数分别为10ppm、25ppm、50ppm、100ppm。 基准电压值为1.235V，最小值为1.20V，最大值为1.25V，工作电流范围为50μA～5mA。 稳定性好。当工作电流在50μA～5mA范围内变化时，VREF的最小变化小于20mV。 低噪声。噪声电压小于5μV（有效值），典型动态阻抗为1Ω。 A、B挡工作温度范围为0～70℃，C、D挡工作温度为-55～125℃。 图5-3（a）ICL8096的典型应用电路 图5-3（b）ICL8096的数字电压表中应用电路 微功耗基准电压源TC04/TC05: 输出基准电压分别为1.25V、2.50V，允许有±2.5%的偏差 工作电流范围分别是15μA～20mA、20μA～20mA 电压温度系数为50ppm，动态阻抗是1Ω 采用TO92、DIP8封装 图5-4（a）　TC04（TC05）的典型应用 图5-4（a） 　TC04（TC05