我们的设计功耗出现问题，究竟在哪里？

几乎每个设计工程师都说他或她有“电源问题”。我明白了——但有时你必须进一步调查才能找出电源问题的本质。平时我们在做产品的时候，基本的功能实现很简单，但只要涉及低功耗的问题就比较棘手了，比如某些可以低到微安级的MCU，而自己设计的低功耗怎么测都是毫安级的，电流竟然能够高出标准几百到上千倍，遇到这种情况千万不要怕，只要认真你就赢了。下边咱们仔细分析一下这其中的原因。

我将功耗问题分为两大类：那些没有太多可用功耗的人——当然，能量收集是一个极端的例子——以及那些可以在需要时从他们的源头获得更多功耗的人，但他们的主要问题是热量和防止他们的系统过热。

虽然这两个群体都有权力问题，但他们处理的方法当然是完全不同的。电源受限组关注超低功耗部件、睡眠和唤醒模式，以及各种巧妙的电源管理技术。受热挑战的人们当然会寻求低功率部件和操作，但也寻求散热技术，包括传导、对流和辐射，包括散热器、冷板、风扇，有时甚至是更具侵略性的方法。

很多时候，热组还存在评估局部热点与整体温度的问题。说我们的盒子在低于允许的最高温度时保持足够凉爽是一回事。然而，设计和验证没有一个单独的组件——尤其是 IC、MOSFET、电阻器和电池——没有超过最大值是另一回事。

当我们的布局使用 PC 板的铜层作为冷却介质时，问题就很复杂了。如果我们阅读了一些数据表和应用说明，有些人会假设我们可能有四到六平方英寸的铜用于对该 IC 进行散热。通常情况下，相邻组件相距几毫米的设计不会出现这种情况，每个组件都希望有一些冷却 PCB 铜可以称为自己的。两个（或更多）组件不能相互交谈并就如何共享宝贵的资源达成一致，不是吗？

某些情况下，这可能引起闩锁之类的状况，即器件持续汲取过大电流，最终烧毁。可以说，这个问题较容易发现和解决，因为眼前的器件正在冒烟，证据确凿。我的客户报告的问题则更难对付，因为当您在实验室的凉爽环境下进行测试时，它没什么问题，但送到现场时，就会引起很大麻烦。

现在我们知道了问题的根源，显而易见的解决办法是将所有未使用输入驱动到有效逻辑电平（高或低）。然而，有一些细微事项需要注意。我们再看几个CMOS输入处理不当引起麻烦的情形。我们需要扩大范围，不仅考虑彻底断开/浮空的输入，而且要考虑似乎连接到适当逻辑电平的输入。

如果只是通过电阻将引脚连接到供电轨或地，应注意所用上拉或下拉电阻的大小。它与引脚的拉/灌电流一起，可能使引脚的实际电压偏移到非期望电平。换言之，您需要确保上拉或下拉电阻足够强。

如果选择以有源方式驱动引脚，务必确保驱动强度对所用的CMOS负载足够好。若非如此，电路周围的噪声可能强到足以超过驱动信号，迫使引脚进入非预期的状态。

低功耗设计是一个细致活，要养成良好的习惯，做到每添加一个功能都要重新验证一下低功耗是否符合要求，这样就可以随时随地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都设计好了才去考虑低功耗的问题，一个不小心，就可能要更改程序的架构——即便如此也不一定能把功耗给彻底降下去。