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  • 用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案

    用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案

    一个LED灯包含一个到十几个甚至更多的LED芯片,它们通常串联在一起。每个芯片的发光亮度由通过其中的电流大小决定。由于采用串联连接方式,灯泡内每个LED芯片会自动通过相同的电流,但每个芯片上的电压各不相同。LED的正向电压降通常为3.4V,但会在2.8V到4.2V之间变化。可以对LED进行分类以限制电压变动幅度,但这会增加成本,并且正向电压降仍会随温度和使用时间发生变化。要想提供一致的光输出,LED灯必须由严格规定的高效恒流电源驱动。作为白炽灯的替代品LED灯,该电源必须集成在灯壳内。 典型集成LED灯包括驱动电路、LED集束以及可同时为驱动器和LED芯片提供机械保护和散热的外壳。 LED驱动器的要求非常严格。它必须是高效节能的,必须满足严格的EMI和功率因数规格,并能安全地耐受各种故障条件。其中最为困难的要求之一是要有调光功能。由于LED灯的特性与专为白炽灯所设计的调光控制器之间存在不匹配,因此容易造成性能不佳。问题可能表现为启动速度慢、闪烁、光照不均匀、或在调整光亮度时出现闪烁。此外,还存在各个单元性能不一致以及LED灯发出可闻噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断控制器以及LED电流控制不当等因素共同造成的。 调光控制器 照明控制器以线路调光或PWM调光的方式进行工作。最简单的线路调光方式是前沿可控硅控制器。这是目前最常用的照明控制方式,但不幸的是,使用可控硅控制器对LED灯进行调光时会产生大量问题。更先进的线路调光器是电子前沿或后沿调光器。PWM调光器则用于专业照明系统。 使用前沿可控硅调光器时,调光控制是通过改变可控硅导通每个半周期的相位角来实现的。灯泡的输入功率与调光信号的相位角成一定的函数关系,相位角的变化范围介于接近0°到180°之间。 可控硅的重要参数之一是维持电流(IH)。这是可控硅在不使用栅极驱动的情况下保持导通所必须维持的最小负载。为维持可控硅的稳定工作,该电流不能为零,IH的典型值介于8mA到40mA。因此,白炽灯的相位角调光器通常有一个规定的最小负载,230V额定交流电压下通常为40W。这是为了确保流经内部可控硅的电流始终高于所规定的维持电流阈值。由于LED照明的功耗非常低,维持电流将成为一个问题。 另一个潜在问题是浪涌电流。可控硅导通时,高浪涌电流会流入LED灯。最差情况就是相位角达到90°,而此时AC输入电压达到峰值。对白炽灯来说,浪涌电流不会构成问题。但在LED灯中,驱动器的输入级阻抗和线路电容会造成振荡。发生振荡时,可控硅电流将立即降到维持电流以下,使可控硅停止导通。 非隔离式可调光LED驱动器 图1所示为可用于替换白炽灯的LED灯的非隔离式可调光LED驱动器的基本应用电路图。下面将介绍驱动器的功能,以便阐明该驱动器在成为可控硅调光器的负载时将会出现的问题。 基于一种适用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案该控制器是Power Integrations(PI)推出的LinkSwitch-PL器件。它在一个单片IC上集成了高压功率MOSFET开关和电源控制器。该器件提供单级功率因数校正(PFC)和LED电流控制。该电路可用作非连续模式、可变频率、可变导通时间反激式转换器。整流后的交流电源输入由集成的725V功率MOSFET通过高频变压器进行开关。次级绕组上产生的电压在变成LED负载之前会被整流和平滑。LED负载电流还流经检测电阻RSENSE。RSENSE上产生的电压(典型值为290mV)会通过RF出现在反馈(FB)引脚,从而提供精确的恒流反馈控制。DES和RES为LinkSwitch-PL供电,DZOV和ROV在LED开路时提供过压保护。 本设计中的输出电流与电源变压器的特性无关。电感变化对恒流特性无任何影响。因此,这能使恒流特性具有非常严格的容差,这在单级转换器中非常突出。 在执行调光控制时,LinkSwitch-PL器件会同时检测输入电压过零点和可控硅调光器的导通角。输入电压过零点的检测是通过漏极节点内部完成的。控制电路会处理此数据并设定需要的反馈电压,从而设定LED负载电流。 浪涌电流 如图1所示,驱动器对可控硅控制器构成高阻抗、大电容负载。此外,还将有电容和电感所构成的输入EMI滤波电路。在每个半周期,都会产生浪涌电流,从而造成振荡(如上所述)。 要想实现无故障的调光工作,驱动器必须能够限制振荡并防止可控硅电流降到维持电流值以下。 基于一种适用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案图 2:用于A19白炽灯替换灯的5W、15V可控硅调光LED驱动器的电路图图2中的电路提供350mA的单路恒流输出和15V的LED串电压。使用标准交流电源可控硅调光器可将输出电流减小1%(3mA),并且不会造成LED负载不稳定或闪烁。该驱动器可同时兼容低成本的可控硅调光器和更复杂的电子前沿及后沿调光器。 该驱动器的功能增加了输入EMI滤波和三个可控硅调光所特有的元件:一个无源衰减电路、一个有源衰减电路和一个泄放电路。 输入EMI滤波可确保符合IEC环形波和EN55015传导EMI规定。然而,关键点在于LinkSwitch-PL控制器集成了内置的频率抖动特性。该特性可分散开关频率和降低EMI峰值,使EMI滤波电路的尺寸远低于正常要求。这有助于大幅减小对可控硅带来的电感性负载,从而降低发生振荡的可能性。 电阻R20构成无源衰减电路。有源衰减电路在每个交流半周期通过输入整流管连接串联电阻(R7和R8),在剩下的交流周期则通过并联可控硅整流器 (Q3)绕过该电阻。电阻R3、R4和C3决定Q3导通前的延迟时间,然后将衰减电阻R7和R8短路。无源衰减电路和有源衰减电路可在每个半周期可控硅导通时,共同限制峰值浪涌电流。 电阻R10、R11和C6形成泄放电路,确保初始输入电流量可以满足可控硅的维持电流要求,特别是在导通角较小的情况下。对于非调光应用,则可以省去无源衰减电路、有源衰减电路以及泄放电路。 隔离式LED驱动器 驱动器针对低功率、电气非隔离式集成LED替换灯专门优化过。PI针对要求电气隔离的更高功率LED照明系统,推出了LinkSwitch-PH控制器。图3所示(详见本刊网站)为使用LinkSwitch-PH的隔离式LED驱动器的电路图。 该电路能够在90VAC至265VAC的输入电压范围内对28V的额定LED串电压提供0.5A驱动电流,其特性包括超宽调光范围、无闪烁工作(即使使用低成本的交流输入可控硅调光器)以及快速平滑的导通。 它所使用的拓扑结构是运行于连续导通模式下的隔离反激式结构。输出电流调节完全从初级侧检测,因此无需使用次级反馈元件。单级内部控制器调整高压功率MOSFET的占空比,以保持输入电流为正弦交流电,从而确保高功率因数和低谐波电流。 该电路的功能与图2中的电路大体相似,最明显的差异是该电路采用了电气隔离,没有使用与负载串联的检测电阻。反馈控制通过变压器上的偏置绕组提供。反馈控制具有两项功能:经由旁路(BP)输入对LinkSwitch-PH供电,经由反馈(FB)输入提供电流反馈。LinkSwitch-PH提供的另一个重要输入是电压监测(V)。该引脚与外部输入电压峰值检测器接口相连,后者由D1、C3、R1、R2和R3构成。外加电流用于控制输入欠压(UV)和过压(OV)的停止逻辑,并提供前馈信号以控制输出电流和远程开/关功能。该电路集成了衰减电路和泄放电路,以确保可控硅工作(见图6)。 在任何LED照明装置中,驱动器的性能都决定着最终用户的照明体验,包括启动时间、调光、无闪烁工作和各单元之间的一致性。14 W驱动器可同时在115 VAC和230 VAC下兼容各种调光器并兼容尽可能宽的调光范围。因此,衰减电路和泄放电路会起到相对积极的作用,但这会让效率下降。即使如此,该电路的效率仍能在115 VAC下≥85%,在230 VAC下≥87%。如果不需要调光功能,可省去衰减电路和泄放电路,可取得更高的效率。

    时间:2019-11-16 关键词: 低功率 led照明 电源资讯

  • TWS蓝牙耳机芯片春藤5882性能怎么样?

    TWS蓝牙耳机芯片春藤5882性能怎么样?

    预计 2019年苹果AirPods的出货量将超过5000万!GFK预测到2020年TWS无线耳机的市场规模将达到110亿美金。集邦科技(TrendForce)旗下拓墣产业研究院报告也指出随着蓝牙5.0问世,预计将带动2019TWS出货量达7800万组,年增52.9%。 在这样诱人前景驱使下,华为、小米、三星、索尼等手机品牌厂商以及各路传统耳机厂商如Bose、1More也相继推出真无线蓝牙耳机(TWS)。随着TWS的火爆,其芯片端的竞争也日益激烈。传统上TWS耳机芯片方案商有CSR、瑞昱、恒玄、络达、珠海杰里等,如今传统大厂紫光展锐也杀入进来。 展锐参与竞争的底气来自哪里? 紫光展锐推出TWS蓝牙耳机芯片春藤5882,选择在竞争如此火热的时机加入战局,紫光展锐做好了充足的技术和市场准备。 紫光展锐泛连接事业部总经理王泷透露,春藤5882有几点优于竞品的优势。 一是低功耗。在正常工作情况下,春藤5882采用超低功耗设计。优异的功耗性能使得春藤5882拥有超长的续航能力,对于TWS的小巧设计,可支持4小时以上连续播放,因此采用春藤5882的TWS蓝牙耳机不仅可实现左右耳的电量均衡,同时相比竞品,可将双耳的工作时长提高20%。 二是超低延时。春藤5882采用了紫光展锐自主研发的TWS蓝牙耳机技术,通过音频设备组方案,解决了蓝牙音频的延时问题。相比市场上的TWS竞品方案,春藤5882将双耳的延时降低了30%以上,真正实现超低时延。目前,这款TWS真无线蓝牙耳机芯片的延时只比新款苹果AirPods高一点点。 低功耗长续航,TWS真无线蓝牙耳机再添一名猛将 三是不分主副耳。很多TWS耳机是分主副耳的,往往主耳功耗会比副耳高,而采用春藤5882的TWS蓝牙耳机双耳都是一样的功耗,对用户来说,完全没有主副耳的观念,音频可以实现无缝切换,除了降低功耗,还提升切换体验。 四是做手机出身的紫光展锐,在如何处理无线干扰上有更深厚的技术积累。相比蓝牙耳机,手机所处的环境更嘈杂,需要多种手段改善干扰,展锐可以直接将此前运用在手机上的抗干扰技术累积并集成到耳机上,使得耳机在嘈杂环境上表现非常好。 低功耗长续航,TWS真无线蓝牙耳机再添一名猛将 更为重要的是,春藤5882跟竞品相比,价格上也并未逊色。可以说,在性价比上绝对是行业第一。春藤5882的设计优势在无线蓝牙耳机市场上相信可以取得不俗的表现。 泛连接技术上的深厚积累 其实,紫光展锐在蓝牙耳机芯片甚至是无线连接芯片领域早就有所布局了,并不是刚刚开始做,2019年正式了成立专门的事业部,聚焦蓝牙、无线连接等泛连接芯片,现在该系列产品线以“春藤”命名,寓意似春藤攀爬一般连接世界万物的美好愿景。 今年3月份,紫光展锐就对外发布了三款无线连接系列芯片,包括面向手机、车载等移动通信应用的春藤2651、面向智能家居应用的春藤5621、面向物联网应用的春藤5661。 而此次推出TWS真无线蓝牙耳机芯片也是展锐非常看好未来的无线蓝牙耳机市场,随着智能手机逐渐取消耳机孔,蓝牙耳机将会成为刚需。 宏观上看蓝牙耳机技术领域有几个发展方向:一是蓝牙耳机耳机以后将会是语音识别的一个重要入口,新款苹果AirPods也加入了语音识别;二是延时会越来越低,当前的蓝牙耳机用来语音通话或看电影比较多,但是未来戴蓝牙耳机打游戏将会是一个趋势。 “要满足这几个发展趋势,就需要蓝牙耳机芯片有更低的时延、更低的功耗,紫光展锐有能力也有信心用更加先进的制程,实现更好的功耗和低时延。”王泷说到。 可以这么说,紫光展锐闯入TWS真无线蓝牙耳机芯片领域绝非偶然,而是源自其长远的发展眼光以及稳扎稳打的市场战略,并且有足够的技术积累和实力去支撑长期发展。

    时间:2019-10-08 关键词: 低功率 电源技术解析 长续航

  • ADI推出高效率、低功率转换IC

    ADI推出高效率、低功率转换IC

    生物统计信息反映的是人体基本功能的生命体征。这类信息包括体温、脉搏 / 心率、呼吸频率和血压。这些信息至关重要,因为生命体征出现负面变化可能表示健康度下降,反之亦然。显然,医院和医生诊室都配备了昂贵的设备,以测量这些生物统计信息。不过,如果这些生物统计信息能够高效、低成本地在医疗环境以外测量,那么生活质量就有可能得到很大的改善。例如,在家中或者在工作环境中,可以随时随地实时地改变生活方式和行为方式,从而改善健康度,并有可能延长甚至挽救生命。幸运的是,由于设备价格降低和传感器技术改进,用于医疗保健目的的智能可穿戴设备出现了激增。这其中包括较简单和可以附着在身体上的“单体征”检测产品,也包括较复杂、充满传感器且覆盖全身的人体外骨骼。不过,从集成电路 (IC) 电子组件的角度来看,给这些可穿戴设备分区并为其高效率供电并非微不足道之事。为了进一步理解这一点,我们接下来深入剖析典型的智能可穿戴设备。 典型智能可穿戴设备 典型智能可穿戴设备包括哪些功能 人们可能会把这种设备看成微型嵌入式系统。显然,准确分区取决于设备自身,不过,一般而言,智能可穿戴设备的核心架构由以下各部分组成: ·一个微处理器或微控制器或类似的 IC ·某些种类的微型机电传感器 (MEMS) ·小型机械致动器 ·全球定位系统 (GPS) IC ·蓝牙 / 蜂窝 / Wi-Fi 连接,以收集 / 处理和同步数据 ·成像电子组件,LED ·计算资源 ·可充电或主 (非可充电) 电池或电池组 ·支持性电子组件 可穿戴产品的主要设计目标通常是实现紧凑的外形尺寸、轻重量以实现可穿戴性 / 舒适性、以及超低的能耗以延长电池运行时间 / 寿命。不过,用最小的电流、高效率、准确地给这类设备供电并不那么简单。与智能可穿戴设备供电有关的一些关键问题如下: 1)在电池供电设备中,电源管理 IC 能否消耗很小的电流对延长运行时间至关重要。微功率或毫微功率转换 IC 是必要的。 2)MEMS 传感器要求用噪声很低的稳定电源供电。繁忙的致动器也可以受益。LDO 或低纹波开关稳压器非常适合这种轨,因为这些稳压器具很低的输出噪声。 3)蓝牙 / RF / Wi-Fi / 蜂窝连接系统轨也要求低噪声。低压差稳压器或 (因为输出电流可能很大) LDO 后稳压开关稳压器或低纹波开关稳压器都是极好的选择。 4)处理器 (可穿戴设备的“大脑”) 电源。从 ARM Cortex MCU、DSP、GPS 芯片到 FPGA,都需要各种低压轨,以全方位涵盖各种大小的电流。这些组件可以由 LDO 或开关稳压器供电。 5)不是所有可穿戴设备都由可充电电池供电,有些也许使用主 (非可充电) 电池,而这类电池需要在两次更换之间提供较长的运行时间,因此,找到估计电池运行时间的方法是关键。 6)紧凑的尺寸和很轻的重量使可穿戴设备更舒适易用。采用紧凑型封装的 IC 可构成占板面积很小的解决方案,从而使设备既能够具有小的外形尺寸、重量又很轻。 超低静态电流 IC 解决方案 显然,满足可穿戴应用需求的 IC 解决方案以及上面讨论的相关问题应该具备以下特性: 超低静态电流,无论是运行模式还是停机模式 很宽的输入电压范围,以适合各种电源 能够高效率给系统轨 (有些具 >5V 的较高电压) 供电 能够准确地进行库伦计数以确定电池运行时间,且不会显着影响 IC 静态电流 (电池消耗电流) 占板面积很小、重量很轻的扁平解决方案 先进的封装以可改善热性能和空间利用率 幸运的是,ADI公司最近推出了一些产品,例如超低 IQ LTC3388/-x 降压型稳压器、毫微功率 LTC3331 能量收集稳压器以及集成了库伦计数器的 LTC3335 降压-升压型转换器都已经具备了大部份这些特性。 LTC3388 是一款超低静态电流同步降压型转换器,在 2.7V 至 20V 输入电源电压范围内,可提供高达 50mA 连续输出电流。LTC3388 的无负载工作电流仅为 720nA,从而使该器件非常适合多种电池供电的低静态电流电源应用,例如“持续运作型”电源和可穿戴设备。其迟滞同步整流在很宽的负载电流范围内优化了效率。针对 15A 至 50mA 的负载而言,该器件还提供超过 90% 的效率,且在稳定时仅需要 720nA 无负载静态电流,因此延长了电池寿命。LTC3388 采用 3mm x 3mm DFN 封装 (或 MSOP-10),仅需 5 个外部组件,因此能够为多种低功率应用构成非常简便和占板面积非常紧凑的解决方案。图 1 显示了 LTC3388 的典型应用电路。 图 1:简便的 LTC3388-1 典型低压应用电路 毫微功率静态电流 IC LTC3335 是一款毫微功率高效率同步降压-升压型转换器,内置了精确的库伦计数器,提供高达 50mA 连续输出电流。该器件具仅为 680nA 的静态电流,可编程峰值输入电流从低至 5mA 直至 250mA,非常适合多种低功率电池应用,例如在可穿戴设备和 IoT 设备中见到的那些应用。其 1.8V 至 5.5V 输入电压范围和 8 个 1.8V 至 5V 的用户可选输出允许在输入电压高于、低于或等于输出电压时,提供稳定的输出电源。此外,该器件集成的精确 (±5% 电池放电测量准确度) 库伦计数器可在长寿命不可再充电的电池供电应用中,对累积电池放电提供准确监视,这类应用在很多情况下具极其平坦的电池放电曲线。典型应用包括无线传感器、远程监视器和ADI的 Dust Networks SmartMesh 系统。LTC3335 包含 4 个内部低 RDSON MOSFET,可提供高达 90% 的效率。其他特点包括一个可编程放电报警门限、一个用于存取库伦计数值和器件设定的 I2C 接口、一个电源良好输出和 8 个 5mA 至 250mA 的可选峰值输入电流以适合多种类型和尺寸的电池。采用耐热增强型 20 引线 3mm x 4mm QFN 封装的 LTC3335 的工作结温范围为 -40°C 至 +125°C。图 2 显示了 LTC3335 的典型应用电路。 图 2:简化的 LTC3335 应用原理图 LTC3331 是一款完整的能量收集解决方案,提供高达 50mA 连续输出电流,当可收集能量可用时能延长电池寿命。简便的 10mA 分流器用收集的能量给可充电电池充电,同时低电池电量断接功能保护电池免于深度放电。当用收集的能量向负载提供稳定功率时,该器件仅需要电池提供 200nA 电源电流,当在无负载情况下由电池供电时,仅需要 950nA 工作电流。LTC3331 集成了一个高压能量收集电源、一个电池充电器和一个同步降压-升压型 DC/DC 转换器,可为能量收集应用提供一个持续稳定的输出,例如无线传感器网络中的能量收集应用。能量收集电源由适合 AC 或 DC 输入的全波桥式整流器和高效率降压型转换器组成,从压电 (AC)、太阳能 (DC)、或磁性 (AC) 能源收集能量。当没有收集能量可用时,可充电电池输入给降压-升压型转换器供电,该转换器在直至 4.2V 的整个电池电压范围内运行,无论输入高于、低于或等于输出,都可调节输出。当收集能源不再可用时,LTC3331 自动转换至电池。LTC3331 的能量收集输入在 3V 至 19V AC 或 DC 电压范围内运行,从而使该器件非常适合多种压电、太阳能或磁性能源。其输入欠压闭锁门限设定是可编程的,范围为 3V 至 18V,从而使应用能够在峰值功率传送点上运行能量收集电源。其他特点包括引脚可编程输出电压和降压-升压峰值电流限制、一个超级电容器平衡器和一个输入保护性分路器。LTC3331 采用耐热增强型 5mm x 5mm QFN 封装。图 3 显示了 LTC3331 的典型应用电路。 图 3:LTC3331 的典型应用电路 结论 智能可穿戴设备不再仅是虚构的电影小工具,智能可穿戴设备市场正处于爆炸性增长,这个市场涵盖多种强调设计美观和功能的产品,以及面向健康和健身、医疗、信息娱乐、军事和工业应用领域的产品。例如,充满传感器的医疗保健可穿戴产品可在医疗设施外外监视关键的生物统计信息,例如心率和血压,为拥有更积极、更健康的生活方式创造了机会。智能可穿戴设备的核心架构取决于产品类型,但本质上都是由微控制器、MEMS 传感器、无线连接、电池和支持性电子组件组成。给小电流可穿戴设备高效率供电可以证实是非常有挑战性的,不过ADI提供了一系列领先的、能够以低功率提供非常高性能的产品,这些产品已经帮助促进了可穿戴设备市场的增长。诸如超低 Iq LTC3388 能量收集降压型稳压器以及毫微功耗的 LTC3331 能量收集降压型稳压器和集成了库伦计数器的 LTC3335 降压-升压型稳压器等器件,都可以显着地简化和改善智能可穿戴设备的性能。

    时间:2019-07-29 关键词: 低功率 电源技术解析 高效率

  • 提高电源模组可靠度 低功率返驰式PWM IC建功

    提高电源模组可靠度 低功率返驰式PWM IC建功

    返驰式(Flyback)架构的电源转换器基于线路简单、零件少等优点,在小瓦特(W)数的电源转换器上广泛被采用,尤其是低功率交流对直流(AC-DC)返驰式脉冲宽度调变(PWM)IC更具应用前景。成本考量摆第一 六接脚PWM IC封装成主流图1所示为典型返驰式PWM IC的应用线路,其中,图1a是使用高压启动的PWM IC;图1b则是使用低压启动的PWM IC。 图1 典型返驰式PWM IC应用线路示意图两者主要差异为高压启动的PWM IC将整流过后的直流高压接至HV接脚,再藉由HV接脚以定电流的方式对Vcc接脚上的电容充电,直到IC启动为止。 而低压启动PWM IC则从交流输入(AC Line)端透过启动电阻对Vcc接脚上的电容充电让IC工作。以图1b为例,线路上主要可区分为几个部分,一是由开关晶体、变压器和整流二极体组成返驰式架构,另外由TL431和光耦合器组成二次侧电压回授,最后是由PWM IC及周边零件构成的控制部分。 值得一提的是,在5~70瓦(W)的应用中,返驰式PWM IC目前常用的封装有八接脚的SOP8与DIP8,以及六接脚的SOT26。以通嘉科技产品为例,如图2所示是典型八接脚反驰式PWM IC的脚位图,其主要以高压启动为主,接脚功能包括HV接脚接至AC整流后端,提供IC开机前的启动电流,在IC工作后,即停止启动电流的输出;NC接脚则无作用,主要是增加HV接脚与其他低压接脚的安全距离。 图2 SOP8/DIP8 PWM IC接脚说明图此外,Vcc接脚提供IC的工作电源,在启动前由HV接脚提供启动电流,当启动后改由变压器的辅助绕圈提供;OUT接脚为输出驱动开关电晶体的PWM波形;CS接脚负责开关晶体的电流侦侧;补偿接脚(COMP)做回授补偿用;GND接脚做为IC的地。 其中第一支接脚提供可选择性的特别功能,它的特别功能大致上有下列几种:RT提供可调整的工作频率;CT提供可调整的过负载保护延迟(OLP Delay)时间;BNO提供可调整的开关机电压;Latch用来做外部过温保护(OTP)或其他保护功能。 另一方面,图3是典型六接脚返驰式PWM IC的脚位图,它与八接脚封装最主要的差异是在HV接脚与NC接脚,其他功能脚位则与八接脚包装的几乎相同。由于各家厂商都不断的在做降低成本(Cost Down)的动作,SOT26的封装价格比SOP8低大约三到五成,使得SOT26包装的PWM IC有逐渐成为市场主流的趋势。目前各家IC设计公司都致力开发功能更强且价格便宜的新产品,让电源设计工程师们可以更容易又快速设计出符合规格的产品。 图3 SOT26 PWM IC接脚说明图低压启动优势显 六接脚封装效益多以六接脚SOT26封装PWM IC而言,未来应用发展前景一片光明,包括可应用于极低的Vcc启动电流(Startup Current)与工作电流,如图4所示是一般低压启动的线路,在Vcc接脚电压低于IC启动电压触发点(UVLO_on)时,IC本身就会有内部逻辑消耗的电流,一般在IC规格上称为启动电流。而启动时间大约可以用下式计算得知。 图4 低电压PWM IC启动线路示意图…(公式1)其中,VUVLO(on)为Vcc的启动电压触发点;Vac为输入的交流电压;Istartup系IC Vcc的启动电流。而Cvcc则是Vcc接脚上的电容器容量;Rstart为启动电阻。 由于低压启动IC的启动电流对开机的时间影响很大,从公式1可得知在使用相同的启动电阻与Vcc电容器的前提下,当启动电流越小时,启动时间也会较小;换句话说,若启动时间要求相同时,较小的启动电流则可使用更大的启动电阻,而较大的启动电阻其功率损耗也较小,可获得更低的无载或是轻载输入功率。 除启动电流外,IC的工作电流也对轻载与无载时的效率影响很大,目前很多规格都有待机功耗的要求,所以省电IC是必要的,但IC要达到小的电流损耗则带来设计的考验。以通嘉科技新一代的PWM IC来说,都具有极小的启动电流与工作电流,在启动时间与无载/轻载效率表现优异。 与此同时,由于SOT26的封装只有六个脚位,除一般常用的固定脚位外,若想要增加其他的功能,已无其他脚位可以使用。此时若想要使IC有更多功能,则可利用一个脚位兼纳多功能的方式完成,以增加整个IC功能。 目前通嘉已有开发类似的IC,例如CS接脚与补偿接脚功能共用脚位,如此即可省下一个空脚位做其他应用;另外在功能脚位上与过温保护功能共用同一脚位,形成所谓的复合功能脚位,可达到六接脚 IC同时具有此两大功能的效果。精简线路复杂度/成本 PWM IC导入OCP/OVP  至于电源供应器为预防在不正常工作下过热,通常会规定要有过电流保护(OCP)的规格。如图5所示,该功能通常在二次侧上增加过电流保护线路,不过这样会增加成本及线路复杂度。现在大家逐渐偏向采用PWM IC本身的过电流保护来完成这项规格要求(公式2)。 图5 二次侧外加过电流保护线路示意图……………公式2其中,Lp代表变压器感值;Vcs_off为电流侦侧电压点;Rsense系电流侦侧电阻;Fsw则是工作频率。由公式2可发现,对IC而言,影响过电流保护的主要参数是工作频率和电流侦侧电压,故若提升这两个参数的精准度,相对也可缩小系统过电流保护的误差。 不过在IC设计而言,若要提升精准度,大都使用微调(Trim)的方法,势必也会增加IC电路的复杂度与成本。另由于现在电源皆须使用在全范围(Full Range)电压输入的操作,此时IC内部过电流补偿的准确度也会影响到过电流保护点的分布。值得庆幸的是,新一代PWM IC过电流保护已可达到在120~150%范围内,符合市场需求。 另一方面,一般传统电源若须做到较精准的过电压保护(OVP),如图6所示,须在二次侧增加过电压保护的线路。通常在做过电压保护测试时,常见做法是将回授的光耦合器二次侧端短路,此时若将二次侧过电压保护的线路控制接至此处,会造成过电压保护失效的情形。所以,通常使用二次侧过电压保护线路时会增加另一个光耦合器去做过电压保护控制。同样的,该做法也会增加线路的复杂度与成本。 图6 二次侧外加过电压保护线路示意图此外,有时也会利用IC Vcc接脚上的过电压保护功能达成电源供应器保护动作,如图7所示,该方案主要是利用辅助绕组整流后,供给Vcc的电压去做过电压保护,但此种做法在输出轻载与重载时,过电压的保护点会有差异。特别是在轻载时的OVP电压会比在重载时高出许多,还有一个问题则是变压器与辅助绕组的整流二极体的参数特性皆会影响到过电压保护的电压点,使用时须注意。 图7 利用IC Vcc做过电压保护因此,要靠PWM IC来实现精准输出过电压保护功能,来简化电源电路的设计,已有厂商提出相关专利,并应用在新产品当中,强化新一代PWM IC的竞争力。显而易见,新一代的PWM IC除了节能以外,也须提升其他的相关功能表现,如过电压保护及过电流保护等。 优化PSR线路布局 减少设计占位空间若针对市场应用来看,现在有很多小型充电器(Charger)或发光二极体(LED)照明产品,由于空间上的限制,常会使用一次侧电压回授稳压技术,如图8所示为通嘉LD7511一次侧电压回授稳压线路图,该架构最主要的好处是可以省掉光耦合器与二次侧TL431的相关元件,大幅简化整个电源线路,藉以节省设计空间及成本。 图8 一次侧回授线路示意图不过使用一次侧电压回授稳压还是存在着一些问题,像是不同变压器的误差或是不同二次侧整流二极体的特性,还有开关造成的电压突波等,都会影响到电压调节准确度。其次它的暂态响应也比传统二次侧电压回授来得差,也是须加强改进的缺点。 满足最大负载/ESD需求 PWM IC设计小心翼翼 另外,新一代的PWM IC也须关注瞬间最大负载(Peak Load)的需求,举例来说,早期印表机电源皆有瞬间最大负载的规格,且可能是额定负载(Rated Load)的二倍甚至三倍,时间可能从几十毫秒(ms)至几百毫秒不等。随着笔记型电脑快速的发展,近来笔电变压器(Adaptor)也开始有最大负载的需求,因此,在PWM IC设计方面,目前常见的解决方案有瞬间最大负载及两段式过电流保护两种方式。 前者顾名思义是在瞬间最大负载抽载时,将其切换频率提升至正常工作频率的二倍或三倍,优点在于瞬间最大负载将工作频率提高时,可降低变压器一次侧的最大电流峰值(Peak Current),相对也降低磁通密度,使变压器更不易在最大负载时产生饱和,如此一来,即可维持原先使用的变压器,而达到更高瞬间功率的输出,且变压器不必使用最大的瞬间功率来设计。 图9是补偿接脚电压与工作频率的曲线图,当补偿接脚电压大于正常负载的电压时,除过负载保护计时器(Timer)会开始计数外,工作频率也会随着补偿接脚的电压变高而变高。因此,须搭载具最大负载升频功能的IC,以在不大幅变更设计的情况下,达到最大负载的要求。 图9 Comp接脚电压与工作频率曲线关系图紧接着,两段式过电流保护是在CS接脚上使用两个比较器(Comparator)去侦侧过电流,如图10所示,第一个过电流保护的比较器用来设定系统过电流保护值;第二个过电流保护的比较器是最大电流峰值的保护。当第一个比较器触发时,OLP delay1的时间会开始计数,以达

    时间:2019-02-25 关键词: 低功率 电源技术解析 电源模组

  • 低功率纳米技术及其它敏感器件的测量系统-锁定放大器测试

    在敏感伏安特性和电阻值的测量中,测试装置通常由两部分组成:电流源以及电压测试装置。研究人员使用锁定放大器测试法时一般选择传统电源,因为精密交流电流源在这里无法简单使用。 锁定放大器[1]测试法。锁定放大器可以用来测量微小交流信号,有时可达纳伏[2]级。通过使用这种装置,即使噪声信号大于有效信号也可进行精确测量。锁定放大器使用一种叫做相敏检波的技术来选出具有某一特定频率的信号。其他频率的噪声信号大部分都被忽略。因为锁定放大器只会处理测试频率上或与之接近的交流信号,热电效应[3](直流与交流)的影响也都会被减弱。 图1是一个锁定放大器在低功率条件下检测元件电压的简化框图。通过在测试对象和串联电阻RREF上施加电压(A sin[2π fot])来获得一个电流。通常选择的电阻RREF都会比测试对象阻值大许多倍,这样这种电路可以看作是驱动测试对象的近似电流源。 图1锁定放大器测量设置的简化框图 放大后的测试对象电压会分别与外加源同频同相位的正交参考信号相乘,然后再分别通过低通滤波器。这其中的乘法器和滤波器可通过模拟电路来实现,但如今更普遍的方法是在锁定放大器内部进行数字化,然后采用数字方法实现。 在频率点fo,低通滤波器[4]的输出是电压的实部(同相位)和虚部(90度相位)。研究人员基于预设的电流和测得的电压值来分别计算测试对象的阻值。 使用锁定放大器[5]的研究人员通常使仪器工作在相对较低的频率上,比如50Hz以下。选择低频有许多原因:(1)得到远低于测试对象和互联的衰减频率以进行精确测量;(2)避免电源频率处的噪声;和(3)获得远低于电磁干扰滤波器的截止频率,该滤波器用于防止环境噪声影响测试对象。

    时间:2018-10-25 关键词: 低功率 纳米技术 敏感器件 锁定放大器测试

  • 选用合适DSP元件进行低功率设计

    许多嵌入式处理器都宣称它们的功耗最低。但是事实上没有一颗元件能在所有的应用中保持最低功耗,因为低功耗的定义与应用环境习习相关,适合某种应用的晶片设计很可能会给另一种应用带来难题。可携式应用多半是根据电池寿命来定义低功耗,这类应用的功能相当广泛,操作模式也千变万化。电信系统元件若要满足应用电源需求,就必须在功率预算范围内处理所要求的通道数目,同时透过封装和电路板将功耗散逸,以确保元件保持在额定温度范围内;另外,这些基础设施应用也很重视最大负载条件下的功耗。因此,为了达到功耗要求,DSP供应商会针对目标应用选择最合适的元件制程、电路设计、电压和频率操作点以及整体架构。省电技术DSP供应商有许多技术可以用来降低功耗,并且达成效能目标,包括:●选择适当制程;●电晶体设计技术;●选择正确的操作频率和电压;●选择正确的架构,包括整合度、记忆体架构和运算处理单元;●採用散热效率很高的封装,确保元件保持在特定操作温度范围内。功耗来源无论应用为何,元件功耗都包含下面几种来源:漏电功耗(leakage power)元件的漏电功耗为固定值,不受处理器动作或操作频率影响,但会随着制程、操作电压和温度而改变。低精密度(low geometry)制程的漏电功耗多半会跟着电压和温度而呈指数增加。时脉功耗(clocking power)元件的时脉功耗与时脉频率成正比。高整合度元件的晶片面积多半用于记忆体或暂存器等同步组件,如果时脉架构设计不良,那么无论元件实际工作量多寡,其功耗都会保持不变。操作功耗(active power)与元件当时所执行的实际系统功能有关。除了上述来源之外,元件功耗还会受到两大因素影响:元件电流元件电流越高,电池电力的消耗速度就越快,有时还会超出功率预算范围而导致供应电压下降,使元件脱离正常操作区而造成错误。元件/系统温度升高元件若无法有效散热,其温度就可能超出额定范围而造成操作错误。下列最佳化技术会以不同方式解决前述各种功耗问题。选择适当制程为了使不同应用的效能和功耗达到最佳化,德州仪器(TI)能提供各种制程类型,例如TI的130奈米低漏电制程在1.5V操作时几乎没有漏电流,对于DSP多半处于闲置状态的可携式应用而言,这种低漏电制程就能帮助它们节省功耗。另一种高效能制程的漏电流较大,却能在1.2V下操作,採用该制程的元件可以达到低漏电制程的两倍MHz效能。在较重视最大操作功耗(fully-active power)的基础设施应用里,这种高效能制程的竞争力还胜过低漏电制程,原因有两点:首先,低漏电运算处理单元的操作频率只有高效能制程的一半,这表示其数量必须加倍才能提供同样效能,但这会导致元件成本提高。其次,由于功耗与电压平方成正比,故在其他条件相同的情形下,高效能制程的操作功耗只有低漏电制程的(1.2V/1.5V)2或是64%。由于低操作功耗对于基础设施应用的重要性通常会超过低漏电功耗,因此高效能制程就成为这类应用的最佳选择。电晶体设计同样制程的电晶体也可以有不同的开关临界电压(VT),例如低VT电晶体的切换速度较快,高VT电晶体的漏电流则较小,晶片只需在会影响速度的部份使用低VT电晶体,其它电路则採用高VT电晶体以节省电力。设计人员的元件资料库应包含高VT和低VT电晶体所构成的基本逻辑闸(NAND、NOR和INVERT等),他们有时还会使用中间临界电压(middle-VT)的电晶体。一般说来,除非为了满足重要的效能要求,否则应尽量使用高VT电晶体组成的逻辑闸。元件操作点:电压和频率数种元件时脉供应方式可以节省功耗:●多时脉域(multiple clock domain);●动态频率调整(dynamic frequency scaling);●时脉闸控(clock gating)。除了时脉,调整电压也能降低功耗:●静态电压调整;●动态电压/频率调整;●多电压域(multiple voltage domain)。多时脉域时脉域是元件中使用同一个时脉频率的部份。将晶片电路分成多个时脉域可以让每个部份以最适当的速度操作,进而节省电力。例如高效能DSP可能需要以1GHz操作,但连接至立体声编码解码器界面的串列埠却只需12MHz的速度。虽然多时脉域设计还需要同步电路和桥接电路让讯号跨越不同的时脉域,其能大幅降低整体功耗。频率调整元件的某些时脉域在不同时间可能会有不同的操作需求,例如处理器若在某段时间只有10%的运算需求,那么将时脉频率减为平常的1/10就能大幅降低时脉功耗。动态时脉调整电路的设计必须非常小心,以确保同步逻辑电路收到稳定而不会跳动的最小负载週期时脉。频率调整对于使用电池的应用最有帮助。时脉闸控时脉闸控会切断闲置电路的时脉,其中又以睡眠模式的做法最简单,它让使用者利用软体关掉晶片部份电路。其它技术则自动将元件某些部份的时脉关掉,直到有需要时再启动,例如乙太网路的媒体存取控制器(MAC)平常可处于睡眠模式,等到它侦测到网路后才开始工作。时脉闸控也和频率调整一样适合所有使用电池的应用。静态电压调整若应用的效能需求较低,元件也可在较低电压下操作。举例来说,若DSP是在1.2V电压下以720 MHz速率工作,它也能使用1.1V电压并以600MHz频率操作。由于功耗与电压平方成正比,在1.1V电压下以600MHz速率操作的功耗只有720MHz功耗的(1.1V/1.2V)2,大约是84%左右。另外,操作功耗也会因为时脉频率降低而减少两成。动态电压/频率调整这种技术让电压随着频率而减少以进一步节省功耗。频率的切换同样必须非常小心,元件应先将时脉切断,然后才改变操作电压。动态电压/频率调整技术非常适合可携式应用。电压域多域的观念同样适用于电压,设计人员可以根据效能需求将晶片分成多个部份,而每个部份使用不同的电压。由于不同的电压域必须以隔离电路分开,保护它们不受其它电压域的损害,因此这种技术用于设计时必须相当谨慎。它们还必须提供转换电路,用来转换跨越不同电压域的讯号。多电压域需要多组电源,然而晶片内建稳压器的效率通常都比不上电路板层级的电源供应器,因此这类设计多半需要由电路板供应多组电源,这正是多电压域技术的缺点之一:因为电路板需要增加多个电源层,使得设计复杂性大幅提升。电源闸控(power supply gating)电源闸控又比时脉闸控技术更进一步,它会直接切断晶片闲置电路的电源。由于这种技术更复杂,又需要隔离电路,因此通常会用于比时脉闸控技术(以个别电路为单位)还大的范围(多半以模组为单位)。这种技术和多电压域技术也有所不同,其隔离电路会内建于晶片,避免增加电路板设计的复杂性。操作点技术的应用范围上述技术是否有用,端赖使用者是根据电池寿命或最大功耗来*断应用系统的优劣。某些技术几乎对所有应用都有帮助,例如多时脉域和多电压域技术只需用到时脉频率和电压,所以任何应用系统都可以採用这两种技术。域的数目只会受到这些技术所带来的设计复杂性限制,多电压域还可能受到电路板复杂性的影响。同样地,多数元件的电路并非都是在最大负载条件下操作,因此时脉闸控技术(尤其採用自动控制方式的技术)在许多应用都能发挥作用。静态电压调整对所有应用都有好处,因为元件只会在提供所需效能的必要电压下操作。应用系统若以电池为电源,并提供多种操作模式,那么频率调整和动态电压/频率调整技术就能发挥最大作用;另一方面,这些方法对于重视最大功耗的应用却没有太大用处。除此之外,电源闸控对于这些类似于基础设施的应用可能也没有帮助,因为这类应用的元件很少会有大片电路处于闲置状态。选择适当架构调整应用功耗的另一种做法是选择最适当的功能整合度、运算处理单元和记忆体架构。週边和记忆体的整合元件和外部零件需要透过电路板互传讯号,有可能是系统功耗的主要来源,因为经由电路板传送讯号需要比晶片功能整合还高的电压,电路板讯号线的寄生电容也会造成功耗。运算处理单元的调整以系统单晶片为主的现代元件可以选择不同类型的运算处理单元:DSP专门执行讯号和影像处理演算法的处理器,内建多组应用最佳化硬体运算逻辑单元和乘法器,能以极高效率执行标准讯号处理演算法。这类元件具备完整的可程式能力,可以轻松支援未来出现的新标准。通用处理器ARM处理器就是例子,其主要用来执行一般性功能,例如图形化使用者界面、网路堆叠(network stack)和整体系统控制。由于它们不必整合DSP功能所需的运算处理单元,所以执行一般性功能时功耗就比较小。特殊用途硬体协同处理器只包含特定功能所需的算术单元和控制电路。如果应用功能的定义很明确,又不太可能改变,即可将该功能整合到硬体协同处理器。举例来说,整合了Viterbi和Turbo处理器的DSP,便可专门执行3G基地台标准所要求的前向错误更正(FEC)。今日的系统单晶片多半会整合前述多种运算处理单元。有些架构会採用多种不同类型的运算处理单元,然后将不同的功能交给最适当的核心执行。DSP可以高效率执行讯号处理,RISC则适合处理系统控制和使用者界面等工作。由于每个运算处理单元都以实际所需的速度执行最擅长的工作,故能将功耗减至最小;相形之下,若只用一个运算处理单元执行所有功能,其时脉频率就必须更高,同时还要包含更多硬体,其中有些部份可能经常处于闲置状态。换言之,这类设计的工作效率必然较低,而在工作效率就等于电源效率的情形下,其功耗必然更高。记忆体系统的选择元件若想避免存取外部记忆体,也可将应用所需的记忆体全部整合至晶片内。然而视讯或影像系统之类的应用却需要极为庞大的记忆体,将它们全部整合至晶片所需的成本可能远超过直接在电路板上增加DRAM的费用。这类应用可以利用快取架构来减少外部记忆体的存取次数,进行降低系统总功耗。就算元件包含全部所需的记忆体,快取也能帮助它们降低功耗。这类元件可以将少量的第一层快取记忆体直接连线到处理器,使其储存主记忆体中最常用的内容。主记忆体则是第二层记忆体,其速度通常较慢,所用的记忆体方块也比第一层快取更省电。由于处理器的多数存取动作都会命中第一层快取记忆体,这些记忆体又採用电容值较小的结构,所以每次存取动作的功耗就变得更低。封装与功耗前述所有省电技术都能帮助元件减少产生热量,封装则能透过高效率散热进一步加强它们的效果。传统的风扇、散热空间或散热片都不适合空间有限的可携式应用,它们的高度或成本也可能超过插入式模组或汽车应用所能接受的范围;相形之下,金属散热盖或散热层虽会增加元件成本,却能提供更高散热效率。有些元件还将散热锡球连接到元件的散热接地面,由它透过电路板来达成更良好的散热效果。选择适当技术电池供电型应用可携式或掌上型应用最重视电池寿命,但可携式应用使用电池的方式却有极大差异。可携式产品有许多不同的操作模式,设计人员必须将这些模式列入考虑才能让电池享有最长寿命。MP3播放机由于歌曲下载时间只佔播放少部份的时间,这类产品的电力多半用于歌曲播放。为了将待机功耗减到最少,它们还会在一段时间后自动关机。MP3播放机必须将音乐即时解压缩,避免资料流失造成各种杂音。MP3播放机的效能需求远小于视讯处理或宽频通讯等其它应用,所以最适合使用低功耗DSP。这类元件通常会採用低漏电制程,因为漏电仍是主要功耗来源。它们还能採用频率调整技术,以便根据歌曲所需的解码效能来降低元件的时脉频率。数位相机这类产品有多种操作模式,包括:(1)自动关机的待机模式;(2)预视模式(等待拍摄相片);(3)拍照模式(实际拍摄相片以及处理和压缩影像);(4)录影模式(部份相机具备此功能)。数位相机的萤幕有时会开启很长的时间,但DSP真正执行影像压缩的时间却很短。数位相机在预视模式和拍摄模式都必须执行许多即时处理作业,在预视模式必须不断显示最新画面,在拍摄模式则要尽快完成相片的处理和压缩,以便继续拍摄下一张照片,进而将两次拍摄之间的延迟时间缩到最短。这种DSP包含多种不同的运算处理单元:●ARM7核心,负责系统控制功能和使用者界面;●TMS320C54x处理器;●SIMD影像处理引擎(iMX),提供可程式影像处理功能;●可变长度编码和解码(VLC/VLD)协同处理器,负责影像和视讯的压缩与解压缩;●预视引擎,即时显示预视画面以及数位变焦。它还具备很高的功能整合度,可以缩小产品体积和减少系统功耗:●多用途的OSD功能;●彩色液晶萤幕的数位界面;●CompactFlash、SmartMedia、Secure Digital以及Memory Stick记忆卡界面;●多通道10位元数位类比转换器,负责提供NTSC/PAL复合视讯输出;●多通道串列音讯Codec界面(McBSP);●晶片内建USB 1.1功能控制器。这类装置可以选定某些很少使用的功能,然后在它们处于闲置状态时切断时脉讯号。举例来说,预视和待机模式可能不需要iMX和VLD/VLC功能方块,相机未连接至个人电脑时则可将USB界面的电源关掉。行动电话标准行动电话有两种电源模式:(1)等待电话的待机模式;(2)实际拨打电话的通话模式。处于待机模式时,数据机功能(在等待电话时)会以低功耗模式操作,应用功能(数位语音编码和解码)的电源则可完全切断。手机进入通话模式后,数据机功能和应用功能就会在功耗较高的模式下操作。低耗电制程已能满足这类手机的处理需求,因此许多产品都採用这种制程以节省电力,此时产品净功耗与每种模式所佔用的时间有关。它们还能使用电压和频率调整技术,以便根据操作模式的作业需求来调整元件功耗。先进手机还增加数位相机、MP3和录影功能,所以其操作模式也变得更多。为了支援这些操作模式,行动电话通常会採用不同类型处理器所组成的异质架构,由DSP和各个操作模式专用的硬体加速器来执行数据机和相机等应用所需的讯号处理功能,再由DSP搭配负责使用者界面和系统控制功能的RISC处理器。如果某个模式不会用到加速器功能,系统也可切断它们的电压或时脉,例如待机模式不需要使用者界面时,可将RISC核心的电源关机。可携式应用会视需要採取各种省电技术,以便将重要操作模式的功耗减到最低。基础设施系统封包语音(VoIP)或基地台收发器等设备所用的无线和有线基础设施虽属于「插入式」应用,却仍须在不同的功耗限制下操作。有些系统会在电源供应和系统散热能力已经固定的机架上,增加新的功能单元或通道容量,这些系统通常必须在室内空调系统故障时继续正常操作。每个机架的总功耗都不能超过现有电源供应的供电能力,电源供应会将电源提供给机架上的电路板,每张电路板再将电源分配给电路板上的不同元件。随着半导体元件日益精密,晶片还能提高操作频率或内建多颗DSP处理器来支援更多通道。另一方面,不断缩小的电路结构却让晶片产生更多功耗,因此透过封装提高散热效率也变得更重要。由于这些系统必须非常可靠,所以在分析其电源和散热需求时,应将所有处理器都在最大负载下工作的情况列入考虑。为了降低满负载的操作功耗,这类系统多半会採用在较低电压下操作的高效能制程,并且搭配对于任何应用都有帮助的多时脉域和时脉闸控技术。这些系统不会利用多电压域技术降低功耗,因其包含大量而密集的处理器,此时若採用多电压域技术会造成电路板设计复杂性大幅增加。静态电压调整有助于节省功耗,由于功耗会随着操作电压的平方而改变,所以这些设计会选择较低的操作电压。这些元件还能整合更多核心,以弥补某些核心在较低频率下操作所不足的效能,例如与其使用四个在1.2V下操作的300MHz核心,还不如使用6个在1.0 V下操作的200MHz核心,因为两种解决方案的MHz效能(和通道处理能力)都是1200MHz,但后者功耗却只有前者的(1.0V/1.2V)2,大约是69%。这些元件的晶片面积大都用于内建记忆体,其中又以资料记忆体为主。由于在特定的通道处理密度下,每颗晶片所需的资料记忆体也是定值,而且其中多数记忆体又会直接分配给各个核心使用,所以增加核心并不会造成晶片总面积等比例增加,所带来的低功耗优点则足以弥补额外增加的成本。功耗最佳化必须符合应用需求不同的DSP应用设备需要不同的策略来满足其需求,例如基础设施系统希望降低最大负载条件下的功耗,可携式应用则希望将电池的电力消耗减至最少,它们的需求显然就有极大差异。事实上,就算同类型的应用都可能有着极为不同的要求,例如不同的可携式应用必须採取不同的电源最佳化技术来满足各自的操作需求。半导体厂商想要服务各种市场,就必须掌握多种制程、设计和架构技术,才能针对目标应用提供最合适的元件。

    时间:2018-10-01 关键词: DSP 低功率 嵌入式处理器 元件电流

  • 低功率纳米技术及其它敏感器件的测量技术及误差源 II

    外部噪声源[1]通常是马达、电脑显示屏或其它电子设备产生的干扰信号。这些噪声可以通过屏蔽和滤波、去除或关断噪声源来得到控制。这些噪声[2]源通常在电力线频率上,因此在进行锁定测量时,测试频率应避开60Hz(50Hz)的倍数或分数倍。在直流反转技术中,使得每次测量都为电力线周期的整数倍来实现这一目的。 热电动势是由于电路的不同部分处在不同的温度下,以及不同材料的导体互相接触而产生的。降低热电动势可以通过保持所有导线处于同一温度下,并在可能的地方使用铜对铜的连接来实现。考虑到无法保证电路的每个部分都使用铜材料(测试对象本身通常也不是铜材料),所以通常会使用锁定放大器技术、直流反转技术这样的测量方法来降低热噪声。 测试引线电阻[3]也会在被测电阻中引入误差。为防止引线电阻影响测量精度,应使用四线(Kelvin)法进行测量。 1/f噪声[4]用来描述低频下使幅值增加的任何噪声。具有这种特点的噪声在元件、测试电路以及测试仪器中都可看到。环境因素例如温度及湿度会引起这种噪声,或是标签上标示的“老化”及“漂移”等元件的化学过程也会引起这种噪声。可以通过电流、电压、温度或阻值变化等观察到1/f噪声。 通过以上讨论我们会将重点放在测量系统中的1/f电压噪声上。因为一般测试对象或是测试电路中的元件受到的干扰以这种噪声为主。例如碳膜电阻主要表现出0.01%到0.3%的1/f阻值误差,而这种阻值误差对于金属薄膜和绕线电阻来说则是碳膜电阻的1/10,半导体的阻值误差则介于以上两种之间。

    时间:2018-09-03 关键词: 低功率 纳米技术 敏感器件 误差源

  • 利用Microchip全新界面手势软件库轻松配置低功率触摸板

    电容式触控已广泛应用于各行各业和各种应用领域,它用流畅直观的触控面板取代了曾经控制电子产品的旋钮和按钮。触摸控制不再是高端产品的新宠,现在消费者可以在日常设备(如耳机、遥控器、咖啡机和恒温器)上进行触摸控制,而无需为界面支付额外费用。 Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)日前宣布推出一款新型2D触摸表面软件库,让设计人员能够使用该公司的8位PIC®和AVR®单片机(MCU)以及32位SAM MCU轻松实现触摸板。 购买任何兼容的MCU均可免费获得这一软件库,它为嵌入式应用提供了简单的低成本解决方案。 2D触摸表面软件库是实现小触摸板和触摸屏的理想选择,它可以在设备现有的MCU上运行,因此不会产生额外成本。 这消除了对专用触摸控制器的需求,使产品设计人员能够灵活地向产品添加手指位置跟踪和手势检测功能,例如滑动和缩放。触摸库通过Microchip的代码配置器提供,代码配置器包括适用于PIC MCU的MPLAB®代码配置器(MCC)以及适用于AVR和SAM MCU的Atmel START。两种软件工具均可通过针对单个项目量身定制的精简C代码简化图形配置,并提高开发速度。 2D触摸表面软件库现已在Atmel START上推出,并将在本季度在MCC上推出。 直观、漂亮的用户界面是产品成功的关键,借助2D触摸表面软件库,您无需集成昂贵的操作系统即可为消费者提供可与智能手机媲美的界面体验。这一软件库非常适合为消费电子、汽车和工业领域的各种应用添加触摸功能,例如智能扬声器、方向盘或恒温器。 Microchip的触摸和手势业务部副总裁Fanie Dvenvenhage表示:“电容式触摸已经成为主流,我们看到需要低功耗手势触摸界面的应用数量在不断增长。 2D触摸表面软件库降低了实现小触摸板和触摸屏的难度和成本。” 软件库让触摸板拥有了内在的低功耗性能,因为整个表面可在深度休眠时一次完成扫描。 可靠性是对触摸功能的基本要求,该解决方案通过消除水和噪音的影响提供持续响应能力和功能,满足汽车和家电应用的需求。 实现的方案应能在潮湿环境中工作,并可承受10V的传导噪声,符合国际电工委员会(IEC)6100-4-6测试等级3的要求。 开发工具 DM080101耐水性触摸表面开发工具包让评估2D触摸表面软件库变得简单易行。 该工具包演示触摸板的耐水性和抗干扰性,具有两个触摸按钮,全部由同一个MCU控制。

    时间:2018-05-23 关键词: 智能化 触摸板 低功率

  • 低功率有源混频器提供 7GHz 带宽和 20dBm OIP3

    Analog Devices, Inc. (ADI) 宣布推出推出低功率、高性能有源双平衡混频器 LTC5562,其能在 30MHz 到 7GHz 的非常宽频率范围上实现 50Ω 匹配。该多功能混频器可用于上变频或下变频应用,具有出色的 2dB 转换增益。该器件采用 3.3V 单电源供电,标称工作电流为 40mA。如果需要更低的功率,可将混频器配置以工作在低至 15mA,从而支持各种便携式和可移动的射频应用。此外,该混频器提供出色的动态范围性能:在 3.6GHz 频率时为 +20dBm OIP3。 LTC5562 兼具低功率、宽带工作和牢靠的动态范围,因而非常适合众多的移动应用,例如:便携式测试仪器、电池供电型公共安全和应急无线电装置、军用背负式无线电台、便携式调制解调器、宽带接入点和小型基站、免授权频段无线电、遥控器、无线广播和无人机无线电设备。 LTC5562 采用纤巧型 10 引线、2mm x 2mm 塑料 QFN 封装。器件额定在 –40°C 至 105°C 的外壳温度范围内工作。一个使能引脚允许外部控制器关断混频器以提供额外的节能。当停用时,该器件通常仅吸收 10μA 的电源电流。样片和量产产品已开始提供。 特性概要:LTC5562 · 匹配输入频率 30MHz 至 7GHz · 匹配 LO 频率 LF 至 9GHz · 差分 IF 频率 DC 至 7GHz · 上变频或下变频 · 高输出 IP3 20dBm (在 3.6GHz) 17dBm (在 5.8GHz) · 低 LO 驱动水平 –1dBm · 低 LO-RF 泄漏 –30dBm (在 5.8GHz) · 转换增益 2dB (在 5.8GHz) 价格与供货  

    时间:2018-01-18 关键词: 低功率 有源混频器 ltc5562

  • 低功率芯片技术或影响整个芯片设计流程

    当恩智浦半导体开始使用先进的低功率芯片设计技术时,有一件事令其大吃一惊。“某些情况下,在实现阶段出现了两倍的产能下降。”NXP公司设计与技术负责人Herve Menager表示。 从整个行业来看,这并不是一个特例。虽然EDA供应商们一直在为两种竞争性的低功率规范争斗不休,但它们似乎忽略了一个更大的问题:类似多电压设计等低功率技术如此困难,以至于设计人员需要重新考虑整个芯片的设计流程。在最近于加州Monterey举行的电子设计过程(EDP)大会上,Menager和其它芯片设计师详细探讨了这方面的挑战。 EDA供应商们理解设计师所处的两难境地。“产能带来的影响是巨大的。”Cadence设计系统公司Encounter营销副总裁Eric Filseth说,“低功率技术不能单靠版图,这是架构方面的事,涉及验证、实现、测试等整个设计阶段。” 大多数观察人士认为,业界已经确立了诸如门控时钟和多电压阀值(multi-Vt)等一些基本的低功率设计技术,而且它们也得到了现有工具的支持。门控时钟通过限制时钟分配来减少动态功率,多电压阀值设计在非关键性能处使用高电压阀值单元来降低漏电流。 设计师遇到的难题在于怎样利用更先进的多电压技术。在采用多电压供电(multi-Vdd)方法时,一些模块的供电电压要低于其它模块,从而形成电压“孤岛”。这种情况在静态电压时已经非常复杂,而当采用动态电压调整方法在工作期间改变电压值时,会变的更加复杂。 为了降低漏电流,一些设计采用功率选通法并通过多阀值CMOS(MTCMOS)开关关闭不在使用状态的模块。在这里,上电和断电顺序的设计和验证可能会特别复杂。 先进的技术也在不断迎头赶上。在2006年设计自动化会议上,由Sequence Design公司撰写的调查报告指出,有26%的受访者表示正在使用门控时钟,另有24%使用的是multi-Vt库(参见图1)。 图1、设计人员正在使用电压岛、电源门控和其他功率控制技巧 “多电压和电源关断等先进技术会影响到整个设计流程。”新思公司RTL综合和低功率产品部营销总监Gal Hasson表示。 设计挑战 Menager在EDP会议上指出,截至目前,NXP已经尝试借助两种方法来解决动态功率问题,分别是通过门控时钟降低功耗,以及减小开关电容。最近,该公司开始使用电压岛和频率调整方法来满足性能和功率要求。 多电压设计通常需要:电平转换器,让信号跨越电源域边界;保持寄存器,在断电时保持状态信息;片上开关,实现加电和断电;隔离单元,在断电时控制输出。这些技术NXP都在使用,但针对电路单元的自动实现和验证的详细意图却非常复杂,Menager表示。 例如,电平转换器引入的版图约束会极大提高CAD工具的复杂性,Menager表示。虽然版图在逻辑上是正确的,但在物理方面却可能出错,他指出。 Menager表示,当隔离钳位二极管用于电源开关时,可能传输不必要的数据,而浮置输入端也可能发生短路。保持寄存器可能需要缓存树对控制信号“常开”,而电源连接不仅容易出错,而且非常耗时,他说。 Menager认为,电压岛可以利用片上开关打开或关闭,但这样做会使电源分配和底层规划变得更为复杂。开关需要合适的尺寸来平衡电流承载能力与面积和漏电流二者之间的关系,有必要使用静态IR压降分析来验证这个尺寸。 在SoC级,全局缓冲策略和电源分布是很复杂的,Menager指出。 低功率设计对可测试设计(DFT)影响很大,Menager指出。在电压岛间插入扫描链会大量增加复杂性。 “我们需要对后端实现具有更少破坏性的灵活解决方案。”Menager说,“重要之处在于捕获,且在早期正确捕获电源网络的意图。” 通用功率格式(CPF)对捕获电源意图至关紧要。据Menager透露,NXP已经使用了Si2的CPF,并发现其极具价值。但在CPF和Accellera的统一功率格式(UPF)之间的标准之争却是个令人头疼的问题。 “好消息是我们终于从无格式发展到有格式,”Menager说,“坏消息却是,我们一下子从一无所有跳跃到有太多选择。” 当时钟变得复杂 飞思卡尔半导体公司也使用多电压技术,其GSM手机的待机电流和工作电流正在以每年大约15%的速度下降,设计经理Milind Padhye表示。Padhye指出,采用多电压设计法后,设计中的未用部分其电源可以被切断;低性能部分可以工作在较低电压下。不过,这样做也存在着成本问题。 “对多电压设计而言时钟是一个最大的挑战。”Padhye表示,“电压促使时钟移位。当时钟开始移位时,时序就会出现混乱。最终可能需要上百个边界条件来优化时序。” Padhye 认为,为了达到高效的电压分割,需要采用架构分析方法,并且系统必须经过多次验证,包括断电过程中、断电完成后以及上电期间。“假设你创建的某个事务在断 电状态下终止,而且现在芯片也不工作了,”Padhye说,“你如何进行调试?这就好似对一个死者询问‘你能告诉我你是如何死亡的吗’一样。”Padhye宣称,避免1个电源缺陷相当于避免10个功能性缺陷。 针对保持验证,设计人员必须确认状态被正确保存和被正确恢复,而且系统能在上电后正常工作。针对电压和频率变化,设计人员必须验证系统性能状态、电压变化,以及变化期间和变化后的系统操作。 Padhye指出,整个流程能始终支持低功率技术是很重要的。虽然飞思卡尔公司正在使用CPF,但最终还是希望业界能够采用统一的功率格式,Padhye表示。 更高抽象层 TI公司科学家Mahesh Mehendale也赞成在低功率设计中采用系统级方法。他的EDP演讲综述了多标准、多格式视频处理器SoC面临的低功率设计挑战。 据Mehendale透露,TI公司在SoC级的电源管理策略包括:自适应电压调整,可根据工艺和温度最小化电压;动态电源切换,可在不同电源模式间切换以减少漏电流;动态电压和频率缩放,可调整电压和频率来适应性能要求;多电压域;以及静态漏电管理。 Mehendale 指出,技巧在于找到频率与公共集电极电压间的“功率最优化”工作点。较低的Vcc有助于动态和泄漏功率,但如果Vcc下降但是频率保持不变,那么门数量将 会上升,从而有悖于任何功率节省方案。如果在架构级进行选择,优化的MHz/Vcc折衷可驱动对并行和管线机制的需求。 “功耗问题需要在所有抽象级加以解决。”Mehendale说,“其在系统和架构层的影响尤其显著。” 包 括Cadence、新思和Magma在内主要的IC实现工具供应商都表示,他们正在改善对先进的低功率设计技术的支持。今年早些时候,Cadence在 CPF基础上推出了一款低功率设计流程。由Cadence公司开发的这一流程正在推进标准化,它在综合、验证、形式等效性检查、DFT和物理版图方面都有 效融合了功耗意识。 目前Cadence尚未提供的功能是系统级低功率设计。“这是一定要做的事,”Filseth说,“架构和系统级是获得功率节省的主要场合。” 新思公司的所有综合优化功能(包括DFT)都具有“功率意识”,Hasson表示。为了支持多电压设计,新思的综合工具可以确定保持、隔离和电平转换单元。在物理实现方面,新思的电源网络规划工具可以执行电压下降分析,它的版图工具可以正确放置电源开关。 Magma设计自动化公司两年前就提供了一体化的低功率设计流程,Magma公司低功率产品部产品经理Arvind Narayanan表示:“Herve Menager谈到的multi-Vdd流程在系统中是自动实现的。” 供应商们表示,多年来对低功率设计的支持一直是EDA产业的优先考虑对象。“这并不是对现有工具的功能追加,” Filseth认为,“而是对设计流程该如何工作的重新通盘考虑。”

    时间:2017-07-13 关键词: 芯片设计 芯片技术 低功率

  • 移动保健设备的NXP低功率解决方案

    NXP 提供 LCD 显示器驱动和实时时钟 (RTC),功耗极低,特别适用于手持式医疗设备。 LCD 显示器驱动器 为了获得全面的可视化,显示可以由点阵、字段和图标组成。PCF2119 是 LCD 字符驱动器,可以显示两行乘 16 个字符,它也可以用于产生点阵显示。 它可以驱动最高 160 个图标,或者 7 段码的数字显示 20μA (仅图标模式)或 200μA (完整显示模式)的极低电流消耗,本显示器专为节省电池电量而设计,并可以由两只电池驱动。 PCF8576DU LCD 驱动器可连接到大多数较低复选率的LCD。此驱动器可以显示多达二十个 7 分段数字、十个 14 分段字母或最高 160 个元素的任何图形。 两种 LCD 驱动器还是晶玻接装 (COG) 技术的理想选择,这种技术可以将驱动器作为带金凸点的裸芯片直接放置在显示单元的接触凸缘上。它降低了成本和电路板的面积。 RTC PCF2123 和 PCF8523 是带有日历、闹铃和时间的 CMOS RTC。凭借 0.1μA 和 0.12μA 的超低功耗,非常适合于有超低功耗要求的应用。电子调谐功能可以补偿石英偏差和石英老化的偏移。此外,PCF8523 拥有备份电池转换电路,该电路会探测停电并自动转换到电池或Supercap™ 电源。 极低的功耗可以让 RTC 以石英精度持续工作。它跟踪时间和日期,例如将时间标记记录不同的活动,例如所执行的特别测量。此外,RTC 还可以将应用处理器保持在休眠模式,并通过内部闹铃或定时器唤醒。 医疗应用: 数字体重称 临床温度计 血压计 血糖仪 特点: LCD 显示器驱动器 超低功耗 广泛的成本节省 COG 技术 宽范围的电源和 LCD电压(最高16V) 宽范围的段码输出(128 至 918 个分段) RTC 最低功耗:3.3V 时 0.1μA 高精度:±3ppm 或 <10 秒/月 宽温度范围:-40°C 至 +125°C 体积小:2 x 3 x 0.75mm HWSON8

    时间:2017-05-25 关键词: NXP 低功率

  • 瑞萨电子新型低功率MCU用于车辆控制系统

    瑞萨电子新型低功率MCU用于车辆控制系统

    瑞萨(Renesas)电子公司日前发布了RL78/F15低功耗16位微控制器(MCU),可用作车身控制模块、车载空气调节器、车辆电动座椅等的控制系统,产品性能得到了大幅度提升。作为RL87系列微控制器的组成部分,RL78/F15属于一款多功能性产品,把行业领先的低功率消耗、高速处理性能和控制器局域网络(CAN)通信整合在一起,能够独立应用于车辆控制和诊断。该新型微控制器也可以实现与RL78/F13和RL78/F14产品的完全兼容。 RL78/F15微控制器包括一个新增的144引脚插口版本和多个48引脚插口版本,全部采用512千字节(KB)的芯片快闪储存器。与RL78/F13 和RL78/F14综合在一起,整套微控制器产品总计127个不同版本,引脚数目从20到144个不等,系统制造商可以自主选择最符合自己产品需求的微控制器单元。 因为RL78/F15与RL78/F13和RL78/F14产品相互兼容,所以系统制造商在选择微控制器的时候,能够把未来功能性扩展考虑在内。传统产品在升级的时候往往面临存储容量或引脚数目不足的问题,改善的技术规格成功解决这种隐患。 随着车载电子元件使用数量的不断增多,汽车的功能和性能在最近几年都获得了显著提升。现在的车辆应用大量的电子控制器单元,来管理各种各样的功能,例如电动车窗、安全气囊、照明系统、车门、座椅等。与电子控制单元(ECU)相关的软件负载日趋严重,不同微控制器内置通用软件的重要性也愈发明显,只有这样才能够提高研发的效能。 全新RL78/F15微控制器的36个不同版本扩展了RL78系列16位车用产品,造就了行业内类别最丰富的系列产品。如果各种电子控制单元都采用RL78微控制器,系统工程师就可以选择通用软件资源,最终加速研发效率。

    时间:2015-11-04 关键词: 瑞萨电子 MCU 低功率 车辆控制

  • 低功率是物联网的关键

    低功率是物联网的关键

    引言 支持物联网 (IoT) 的无线传感器在激增,这增大了对面向较低功率无线设备而定制的、小型、紧凑和高效率电源转换器的需求。最近 IoT 市场中新出现的细分市场之一是可穿戴电子产品市场,从能量收集的角度来看,这个细分市场尤其令人感兴趣。当然,可穿戴技术不仅面向人类,还有很多应用是面向动物的。最近出现的例子包括超声斑块治疗和电子马鞍优化以及针对其他动物的颈圈,这类颈圈以各种方式完成跟踪、识别和诊断等任务。不过,不管用于什么样的最终应用,这类产品大多数都需要一块电池作为主电源,即使电池会用环境能源 (如果有环境能源可用) 加以补充。 不过,对面向人类的应用而言,似乎不久就会有可用不同形式的环境能源发电的可穿戴面料,这类面料也许仅需要一个小型主电池作为备份电源。这种免费能源包括体温产生能量、室内照明甚至黄昏日光产生的光伏电源、以及日常身体移动产生的动能。称呼这类面料制品的一个合适的词也许是“电力套装”!在这一研发领域处于前沿的一家公司正在实施欧盟资助的项目 Dephotex,这家公司已经有办法制造 (重量) 足够轻、弹性足够好的可穿戴光伏材料。这种材料会将光能转换成电能,而电能又可用来给用户穿戴的各种电子设备供电,或者用来给主电池充电,甚至既供电又充电。 类似地,在功率范围的低端,对能量收集系统有毫微功率转换需求,例如 IoT 设备 (想想谷歌眼镜) 中常见的能量收集系统,在这类系统中,必须使用能够处理非常低功率、非常小电流的电源转换 IC。功率和电流可能分别为数十微瓦和数十纳安。 最新和现成有售的能量收集 (EH) 技术,例如振动能量收集产品以及室内或可穿戴光伏电池,在典型工作条件下产生毫瓦量级的功率。尽管这个量级的功率看似有限,但是能量收集组件在若干年内持续工作可能意味着,无论从所提供的能量还是从单位能量的成本上来看,能量收集产品与长寿命主电池都大致相若。此外,采用 能量收集 技术的系统一般能够在电量耗尽后再充电,而仅由主电池供电的系统却做不到这一点。不过,大多数系统都会用环境能源作为主电源,用主电池作为环境能源的补充,如果环境能源消失或中断,就可以接入主电池。 解决方案 当然,能量收集电源所提供的能量取决于该电源能工作多长时间。因此,能量收集电源的主要比较指标是功率密度,而不是能量密度。能量收集电源的可用功率一般很低、可变及不可预测,所以常常使用连接收集器和辅助电源的混合型结构。辅助电源可能是一块可再充电电池或者一个存储电容器 (甚至可能是超级电容器)。收集器由于能量供应无限及功率不足而成为系统的能量源。辅助电力储存库或者是电池或者是电容器,产生较大的输出功率,但存储较少的能量,在需要时供电,否则定期从能量收集器接收电荷。因此,在没有环境能源可供收集的时候,辅助电力储存器必须用来给下游电子系统供电。 凌力尔特公司推出的一些电源转换 IC 具备必要的功能和性能,使如此之低的收集能量能够用于 IoT 应用。 LTC3331 是一款完整的 EH 调节解决方案,提供高达 50mA 的连续输出电流,以在可收集能源可用时延长电池寿命。用收集的能量向负载提供稳定功率时,该器件不需要电池提供电源电流,在无负载情况下用电池供电时,该器件仅需要 950nA 工作电流。LTC3331 集成了一个高压能量收集电源和一个同步降压-升压型 DC/DC 转换器,该转换器由可再充电主电池供电,为 IoT 设备、可穿戴产品以及无线传感器节点 (WSN) 等能量收集应用提供一个不间断输出。   图 1:LTC3331 能转换多种能源,并可使用一个可再充电主电池 LTC3331 的能量收集电源由全波桥式整流器组成,适合 AC 或 DC 输入以及高效率同步降压型转换器,从压电 (AC)、太阳能 (DC) 或磁性组件 (AC) 能源收集能量。10mA 分路器用收集的能量实现简便的电池充电,同时低电池电量断接功能保护电池免于深度放电。可再充电电池给同步降压-升压型转换器供电,该转换器在 1.8V 至 5.5V 的输入范围内工作,在收集的能量不可用时用来调节输出而无论输入高于、低于或等于输出。在应对微功率电源时,LTC3331 电池充电器拥有非常重要、不容忽视的电源管理功能。LTC3331 纳入了对电池充电器的逻辑控制功能,以便仅在能量收集电源有多余能量时才给电池充电。如果没有这种逻辑控制功能,能量收集电源就会在启动时卡在某个非最佳工作点上,不能完成启动,无法给目标应用供电。当收集的能源不再可用时,LTC3331 自动转换到电池。这带来了一个额外的好处,如果适合的能量收集电源至少在一半时间内可用,就允许电池供电的 WSN 将工作寿命从 10 年延长至超过 20 年,如果能量收集能源更加普遍存在,那么寿命甚至能够延长至更长时间。该器件还集成了一个超级电容器平衡器,因此允许增大输出存储量。 既然可穿戴设备收集的能量非常低 (在纳安至毫安量级),那么当务之急是,任何 DC/DC 转换都要消耗尽可能少的功率,以确保最佳能量传输。为了实现这么严格的目标,DC/DC 转换器本身必须消耗纳安量级的电流。正是出于这个原因,凌力尔特推出了 LTC3335,这是一款毫微功率降压-升压型 DC/DC 转换器,集成了库仑计数器,面向 WSN 中的 IoT 产品、可穿戴设备、以及通用能量收集应用 (参见图 2)。   图 2:LTC3335 毫微功率降压-升压型转换器的典型应用原理图 LTC3335 是一款高效率、低静态电流 (680nA) 转换器。其集成的库仑计数器监视长寿命电池供电应用的电池累计放电量。这个计数器在内部寄存器中存储电池的累计放电量数字,该寄存器可通过 I2C 接口访问。降压-升压型转换器的输入可在低至 1.8V 时工作,提供 8 个引脚可选输出电压,输出电流高达 50mA。为了适合多种类型和尺寸的电池,峰值输入电流的选择范围可以从低至 5mA 到高达 250mA,满标度库仑计数器的可编程范围为 32768:1。 无论何时,只要降压-升压型转换器向负载提供电流,该器件集成的精确库仑计数器就记录从电池传送出的累计电荷量。当未处于休眠模式时,降压-升压型转换器面向所有电池和输出电压情况作为 H 桥工作 (参见图 3)。   图 3:LTC3335 以 H 桥模式工作时的定时图 开关 A 和 C 在每个突发周期开始时接通。电感器电流斜坡上升至 Ipeak,然后开关 A 和 C 断开。接着,开关 B 和 D 接通,直到电感器电流斜坡下降至零为止。这个周期一直重复,直至 Vout 达到休眠门限为止。如果 Ipeak 和开关 AC(ON) 时间 (tAC) 都是已知的,那么 BAT 放电库仑量 (图 3 中的阴影区域) 可以通过对 AC(ON) 周期计数并乘以每个 AC(ON) 期间的电荷量来计算,每个 AC(ON) 期间的电荷量由以下公式给出: q AC(ON) = (Ipeak * tAC)/2 当降压-升压型转换器工作时,LTC3335 测量相对于满标度 ON 时间 (tFS,约为 11.74µs) 的实际 AC(ON) 时间,满标度 ON 时间是内部调节的,以补偿电源、温度和工艺变化导致的、实际选定的 Ipeak 值的误差。这样就可针对电池在每个 AC(ON) 周期传送出的电荷量产生非常准确的“测量值”。 结论 显然,将有众多 WSN、可穿戴产品和 IoT 产品需要毫微功率 DC/DC 转换和库仑量计算,以确保这些产品的最佳性能和寿命。不过,直到不久前这类转换产品才上市。由于有凌力尔特这样的供应商,所以毫微功率产品设计师将有大量可供选择的转换解决方案。

    时间:2015-09-21 关键词: 物联网 低功率 大数据

  • 低功率(≤20W)LED照明解决方案

    低功率(≤20W)LED照明解决方案

    低功率LED照明趋势 LED照明应用可分为三种基本输入功率范围: 低功率为小于或等于20瓦;中功率为20瓦至50瓦之间;高功率为高于50瓦。在现实世界中,应用场景不会总是很好地符合这三种规格。但在考虑 LED驱动器解决方案时,应以这些功率大小为基础。 本文讨论了≤20W的低功率应用,特别是球形灯泡的替换或改型、现有灯具的替代,以及新制造灯具。 根据Strategies Unlimited的最新LED年度报告,2013年照明领域LED的全球销售额为44亿美元,(LED全球市场: 2014年市场回顾和预测)。 按2013年到2018年27.5 %的年增长率预测,到2018年销售额有望达到149亿美元。巨大且不断增长的市场潜力要求LED驱动器提高效能(效能是每瓦流明数的比率)、降低成本和 延长工作寿命。 美国 能源部(DOE)预测高亮度LED的潜力会超越迄今的传统技术。图 1和图 2所示为能效提高的趋势。能效的分母为输入功率,而输入功率和将能量传递给LED灯串的效率与LED驱动器解决方案相关。单一驱动器拓扑结构在整个 LED 功率范围内不是最佳结构,但可以考虑以最少的拓扑来满足全部 LED 驱动器开发的需求。   LED驱动器的另一常见设计约束是成本。DOE的目前近似成本如图 3所示;驱动器占总制造成本的10%到20%。无论性能如何提高,总成本目标是最终用户接受LED照明解决方案的最大障碍。DOE的2011固态照明市场 讲座中建议的成本目标如图4所示,几乎是每四年减少50%。   工作寿命与LED驱动器本身的可靠性有关。影响可靠性的因素有元件数量、所用元件类型,以及LED驱动器中的温度或者散热情况。可靠性可使用部件计 数方法来计算,目标是减少驱动器中使用的元件。可靠性还受工作温度的影响;因此,减少与LED驱动器元件相关的功率损失以及拓扑控制方法与散热设计一样重 要。发展趋势是省去电解电容和光隔离器等元件,并将功能集成到半导体控制芯片中。 下面,我们将讨论LED驱动器标准和机构要求。 LED驱动器标准和机构要求 用于规范LED驱动器产品的标准和机构有许多,自愿和强制性方案都有。 表1为关于照明的几个机构的示例。   表1:全球机构规范范例 该列表应包括 FCC 要求 47 CFR的 第 15 部分,A 类和 B 类,谐波发射限值 ANSI C82.77-2002 或 IEC 61000-3-2,UL 8750 安全标准或 IEC 60650 第 1 部分,线路瞬态保护 IEEE C62.41.1991,A 类或 A 类可闻噪声。 LM-80: 用于确定 LED 及 LED 模块(而非光源)的流明维持率的指定程序。 LM79:用于测量发光效能的指定程序。 TM-21:用于确定期望使用寿命的指定方法。 最后,但并非最不重要的一点是,用于 LED 器件阵列或系统的NEMA SSL 1电子驱动器。 适用标准的清单较长,同时”能源之星”方案要求的审查突出了许多 LED 驱动器设计要求,如 表 2 所示。 所列项目都集中于 LED 驱动器,而不一定是灯泡或灯具。   表2:LED驱动器的具体标准和机构要求 阐明了标准和要求后,现在我们可以开始考虑驱动器设计事宜了。 下面我们将谈谈最常用LED灯具型号中的两种(MR11和MR16)的驱动器设计。 MR11/16 LED驱动设计 在当今低功率LED照明趋势的解决方案系列的第二部分中,我们列举了设计师需要参考的各种规范和行业标准,以便了解任何既定项目中关于LED驱动减少功耗、功率因数校正和低THD的设计限制。除了相关规范和标准,还需考虑很多其它可能影响设计的因素。包括: ●开发周期和设计复杂性 ●效率和效能 ●工作温度 ●无闪烁和无闪光 ●恒流输出容差 ●供应商选择与整合 ●驱动器的成本、可靠性和使用寿命 ●保护功能—— 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、过温保护(OTP)、短路LED、开路LED ●有限的印刷电路板 (PCB) 空间或体积(高度)限制 ●找到满足输入和输出电压-电流参数、散热设计、安全法规和保护需求的电源拓扑[!--empirenews.page--] ●调光及调光范围(切相调光器要求、调光比、浪涌电流限制、阻尼电路、泄放电路等) MR11和MR16(MR表示“多面反射镜”外罩)灯泡通常是卤素灯,常见类型的额定值有20W、35W和50W。典型的现有卤素灯设计如图5所示。   图5:现有的传统卤素灯基本结构 输入电压可以是 DC 12V 或 24V 或直接插入到 120V 或 230V AC 电源。12V或24V电压也可来自简单变压器,后者接受电网AC电压并输出12V/24V AC输入至灯具插座。LED 替代产品需要恒流控制。4W led MR灯相当于20W卤素灯设计。某些型号具有调光特性,同时调光的目的是为增加可用性。 MR11/16 灯 LED 驱动设计挑战 MR11/16设计的最大难题在于缺乏灯架、灯泡形状、功率因数、总谐波失真要求的标准(能源之星要求在>5W时LED照明产品≥0.9,集成灯具≥0.7),同时系统功效低。必须考虑灯的尺寸来设计LED驱动器的小巧空间,因为驱动器必须容纳在图6的灯具内。   图6:MR 灯的尺寸 有两种印刷电路板外观形状。图6所示产品是圆形的,以适应LED模组的背面形状。圆形直径应小于 30 毫米,较高的元件位于距中心接头 5 毫米范围内。图7所示产品是垂直的;必须小于30 x 20 666mm。   图7:MR 灯圆形印刷电路板设计   图8: MR 灯立式印刷电6路板设计 MR11/16飞兆半导体公司解决方案 合适的LED驱动器拓扑可以实现最佳成本解决方案。如果7输入电压为 12V 或 24V DC,可选择升压或降压拓扑结构作为 LED 驱动器 DC-DC 拓扑结构。如果 LED 8灯串的总正向电压高于整流输入电压,则使用升压拓扑结构。否则,使用降压拓扑结构。DC-DC 功率级效率较高。一般情况下,该功率可高达 90%。然而,镇流器变压器效率很差。镇流器变压器不是开关模式电源(SMPS),而是将110V/220Vac转换为12V/24Vac的变压器。虽然 DC-DC 功率级效率高,但 AC-DC 变压器及 DC-DC 拓扑结构的系统总效率较低。 对于 MR LED 灯驱动器,需要解决系统效率低、功率因数校正和总体谐波失真要求,以适合有限的小型印刷电路板空间。目前使用 AC-DC 变压器加 DC-DC 拓扑结构的解决方案是当前已经安装的结构: 卤素灯插座和镇流器变压器。这可以节省安装投资成本,但会牺牲电力效率。这种基础设施将被更有效的结构所取代。制造商也开始将 AC-DC MR 灯推向市场。 AC-DC MR 灯把 LED 驱动器集成到灯壳体,而不需要镇流器变压器。在此结构中,总功率效率可能达到 80% 以上。一般情况下,既将 AC-DC LED 驱动电路板构建到小的灯壳体内,又同时满足应用场景的功率因数和总体谐波失真要求并非易事。还有一种首选方法,就是不使用寿命时间小于其他半导体元件或无 源电气元件(如电阻、陶瓷电容器和电感器)的电解电容器。AC-DC MR 型 LED 灯的设计是一个新的设计挑战。 Fairchild建议采用新的LED驱动器来解决AC-DC问题;如图9所示的FL7701。它是“智能”非隔离PFC降压LED驱动器解决方案。利用直接AC线路输入电压,可能获得适应MR灯具的较小PCB外形。此LED驱动设备避免了常用于输入、输出和IC Vcc电 压的电解电容。省去电解电容可延长产品寿命并减少印刷电路板空间,同时降低材料清单成本。使用几个外部元件便可满足功率因数 (PF) 和总体谐波失真要求,同时实现 80% 以上的效率。相对于升压设计,降压拓扑结构还具有恒定输出电流(降低纹波电流)的优势,因为电感器与输出串联放置,即降压拓扑结构看起来像是 LED 负载的恒定电流源。升压拓扑结构的输出电流是不连续的,除非使用输出电容来过滤纹波电流。波形比较如图 10所示。   [!--empirenews.page--] 图9:智能非隔离式功率因数校正降压LED驱动解决方案   图10: 降压和升压拓扑比较 A19、E14/17、E26/27 球泡灯LED 驱动器设计 我们已经讨论了 MR11/16 灯 LED 驱动器设计的难题。现在,我们来看看 A19、E14/17、E26/27 球泡灯 LED 驱动器的设计。 某些灯泡类型称为“螺口灯头”和“蜡烛灯”。大多数是用 CFL 或 LED 替代的白炽灯,赢得了大多数应用需求。 A19、E14/17、E26/27 螺口灯泡结构 输入电压直接来自交流电源,插座类型为: E14/17(蜡烛型)、A19/E26/27(螺口式)(对于蜡烛型灯,额定功率为1~5W;对于白炽灯替换,额定功率为 4~17W。) 外形尺寸如图11和图12所示。   图11:蜡烛型灯示例((L: 99 毫米,D: 26 毫米,E: 17 毫米)   图12:螺口灯泡示例(L: 105 毫米,D:55 毫米,B:26 毫米) A19、E14/17、E26/27 螺口灯泡 LED 驱动器设计挑战 对于蜡烛型灯,该 LED 驱动器的设计挑战是小型印刷电路板空间。该印刷电路板空间小于 MR 灯空间,并工作于 AC 输入电压电源。采用 LED 驱动器设计来替换白炽灯,其印刷电路板空间比蜡烛型灯或 MR 型灯大,额定功率也较大,因此 LED 驱动器也较大。印刷电路板空间受到限制,类似于蜡烛型灯。对于螺口灯泡设计,功率因数和总体谐波失真几乎是强制性要求,还有额外的调光器操作要求。 对于具有灯座侧抛物线形状的E26/27 灯泡,印刷电路板的外形尺寸为灯座侧: 20 毫米;LED 模组侧: 35 毫米;宽度: 70 毫米(参见图 13)。   图13:E26/E27 印刷电路板外形尺寸示例 效率需大于75%。调光器的设计要求包括与各种保持电流兼容、在大范围的光振幅内呈线性方式工作、以及无闪烁。 A19、E14/17、E26/27 螺口灯泡Fairchild解决方案 在安全性方面,隔离型驱动器为首选。在该功率范围内,首选的 LED 驱动器解决方案是反激式拓扑结构。对于蜡烛型灯,功率因数和总体谐波失真虽然是低功率应用,但仍为强制性要求。很多设计人员使用单级反激式解决方案。单级 功率因数校正反激式拓扑结构减少了印刷电路板的尺寸,因为它可省去大体积输入电解电容器。使用单级初级端调节(PSR)反激式解决方案可进一步减少元件数 量。凭借其低材料清单 (BOM) 成本、隔离特性、功率因数校正及宽泛的输入电压范围,PFC PSR 反激拓扑有望成为首选的 LED 驱动器拓扑结构。   表3:Fairchild 初级端调节控制器 在 PSR 拓扑中,无需次级端反馈,因此无需光隔离器、误差放大器(如 TL431),以及补偿和偏置电阻和电容。图 14 显示简易 PSR 原理图。   图14:初级端调节器原理图 初级端调节反激式拓扑结构的优点包括: ●单级解决方案限制了元件数量并最终适合较小的设计空间。 ●FL103 50kHz 的工作开关频率有助于反激式磁性变压器适合体积受限的应用。 ●具有 FSEZ1317 的集成式 MOSFET 减少了元件数量,从而节省了额外的印刷电路板空间。 ●初级端调节拓扑结构中元件减少有助于应对降低成本的压力。 ●无需次级反馈电路,这将立即减少元件数量并提高可靠性(省去光隔离器或 TL431)。[!--empirenews.page--] ●Fairchild 的 PSR 拓扑包括 TRUECURRENT技术,业界领先的恒流性能 < ±3 %,提供始终如一的高质量光照射。 ●解决方案已采用隔离方式。 ●单级反激式拓扑结构可满足 功率因数和总体谐波失真要求。 初级端调节反激式拓扑结构工作于两种模式:恒定电压 (CV) 和恒定电流 (CC)。LED 驱动器应在恒流模式下运行,以便更好地控制 LED 灯串的照明亮度输出。图 15 显示 PSR 调节反激的 I-V 特性。   图15:初级端调节反激式 LED 驱动器的 I-V 输出特性 PSR最好采用非连续导通模式 (DCM),因为此模式支持更好的输出调节。典型的波形如 图 16所示。   图16:DCM反激式转换器的波形 当工作在恒定电压调节模式下时,在电感器电流放电时间 tDIS 期间,输出电压与二极管正向电压降之和会反射回辅助绕组端。由于二极管正向电压降随电流减少而减少,辅助绕组电压反映了二极管导通时间 tDIS结束时的输出电压。通过在二极管导通时间结束时对辅助绕组电压进行采样,可以获得输出电压信息。 当工作于恒定电流调节模式下时,使用峰值漏极电流 IPEAK和电感器电流放电时间 tDIS 以估算出输出电流,因为输出电流与在稳定状态下与二极管电流的平均值相同。采用 Fairchild 的 TRUECURRENT技术,恒流输出可得到更准确地控制。 最后我们将讨论PAR16、20、30、38灯LED驱动器设计。 PAR16、20、30、38 灯 LED 驱动器设计 这是我们LED照明趋势的最后一部分。在这一部分我们将谈谈PAR16、20、30、38 灯驱动器。这些灯型均为交流电压输入,额定功率在 4 W~20 W 之间,灯座为螺口型 E26/27 或 2 引脚型 GU10,如 图 17所示。   图17:PAR 灯尺寸示例(L: 95mm, D: 92mm, B: 26mm) 因较大的灯体积,有了更多空间来容纳 LED 驱动器解决方案。功率因数和低总体谐波失真仍为强制性要求。 PAR16、20、30、38 灯 LED 驱动器设计面临的挑战 LED 驱动器设计人员可以选择 PSR PFC 反激,即单级 PFC 反激。 然而,对于这种反激式驱动器,当这些LED 灯功率较大时可在通过 MOSFET上产生较高的 Vds,peak,因而需要 BVDss 额定值较高的 MOSFET 产品。 BVDss 额定值必须降额来适应高电压尖峰。 图18显示电压尖峰为Vds,peak = Vin+nVo+Vos之和。其中,nVo是反射的输出电压,也称为 Vro。   图18:Vds,peak 与 MOSFET 降低额定值 缓冲器用于限制 Vos 峰值电压尖峰,但会消耗能量,从而降低 LED 驱动器的效率:   PAR16、20、30、38 灯-Fairchild解决方案 以前博客中介绍的 PSR PFC 解决方案对该 LED 驱动器拓扑结构仍然是一个好的选择。 然而,在某些设计中,另一个好的解决方案是具有 CRM PFC 功能的单级反激式控制 PWM IC。 其优点是设计复杂性低、效率良好。 与复杂的两级方法解决方案相比,单级功率因数校正方案提供了高功率因数和低总谐波失真,且不需要输入大容量电解电容。 图 19 为单级功率因数校正的基本线路图。   图19:典型单级功率因数校正反激式解决方案原理图 Fairchild 的解决方案如表4所示,单级反激式解决方案与两级方法解决方案的比较如表5所示。   [!--empirenews.page--] 表4: Fairchild 的单级功率因数校正反激式解决方案   表5:单级与两级 LED 驱动器之比较 结论 本文回顾了低功率LED驱动器应用的发展趋势和挑战。虽然不同类型的LED灯存在差异,但不同类型灯使用的 LED 驱动器仅有少许不同的要求。 在一般情况下,基本要求相似: 低材料清单数量和成本、小尺寸印刷电路板、高效率、高功率因数、低总谐波失真。 Fairchild的解决方案包括 AC-DC 非隔离功率因数校正降压拓扑结构或单级功率因数校正初级端调节离线拓扑结构,减少了对多个供应商和技术投入的需要。

    时间:2015-05-14 关键词: 驱动器 低功率 电源技术解析 led照明

  • 高精度运放能在低功率实现快速多路复用

    高精度运放能在低功率实现快速多路复用

    引言 如果要设计一种负责测量多个模拟电压(但不是所有同时测量)的系统,可以通过把测量结果多路复用为单个输出信号来简化下游电路,随后采用共享组件对原始电压电平进行串行处理和数字化。这么做的好处是信号链路组件的数目和尺寸将比采用“按每个通道进行设计”时所需的小得多。正确地实现一种多路复用解决方案需要注意几个细节,特别是假如您希望在通道之间实现快速切换、进行准确的测量和保持低功耗。 快速响应 多路复用增加了组合信号的频率含量,这是因为当每次多工器切换通道,多路转换信号都将改变数值。即使输入信号并没有快速地变化,多路转换信号也会快速改变,因此位于多工器之后的任何电路都必须对这些转换做出快速响应。例如,倘若输出信号在读取下一个通道之前未完全稳定至目标准确度,则某个给定通道的测量值会取决于前一个通道的数值,这相当于通道至通道串扰。 由于多工器的导通电阻不是零,因此常常需要采用一个运放来缓冲输出。图1示出了一款多路转换的电路,其在MUX之前给每个通道布设一个运放,而在MUX之后则安置一个共享运放。这里我们考虑的是下游共享运放的性能。   图1:多路转换的系统。位于输入端的LT6011缓冲器具有高输入阻抗。位于MUX之后的LT6020能在MUX改变通道时快速转换。LT6020特殊的输入电路可避免在MUX输入端上出现电压毛刺 具有低功耗的运放之速度往往很慢。特别地,运放的摆率通常与运放的电源电流紧密相关。这是因为可用于给内部电容器充电的电流占运放总电源电流的一个固定比例。 另一方面,LT6020运放的摆率要比您依据其低电源电流所预计的高得多。该器件实现这一非凡功能的方法是根据输入阶跃的大小来调节摆率,因此大输入阶跃和小输入阶跃的处理速度一样快。 图2a和2b比较了LT6020和一款具有相似功耗的传统运放对于瞬态阶跃响应的影响。对于传统的运放,大信号响应比小信号响应慢得多。然而LT6020对一个10V阶跃和一个±200mV阶跃的响应一样干净。由于具有这种快速转换和迅速稳定至一个新数值的能力,加上仍然仅吸收100μA的电源电流,因而使得LT6020成为布设在多工器之后的缓冲器之上佳选择。   图2a:对于小的输出信号,LT6020的运作情况与具有相同功率级别的其他运放相似。响应受增益带宽的支配。   图2b:对于大的输出信号,与功率级别相似的其他运放相比,LT6020维持了信号保真度。响应受摆率的支配。   图3a:一旦控制信号(上方扫迹)改变MUX通道,LT6020输出(下方扫迹)将从前一个通道上的电压转换至下一个通道。中间的扫迹显示的是至多工器的输入,其几乎没有电压毛刺。   图3b:与图3a相同的配置,但是在多工器之后布设了一个传统运放(LT6011)。至多工器之输入上的信号(中间扫迹)表明:由于有电流流过多工器并进入运放的保护二极管,因此出现了明显的毛刺。 避免毛刺 即使安放在多工器之后的运放足够快,但还有另一个重要细节常常被忽视。大多数高精度运放都具有跨接在输入级两端的内部保护二极管,旨在避免给输入级上敏感的双极晶体管施加反向偏置。当多工器从一个通道切换至下一个通道时,一个终端上的输入电压快速改变,而输出(因此包括反馈节点)则尚未改变。这将导致一个大的电流尖峰流过内部保护二极管。这个电流来自哪里呢?其一定来自于连接至多工器之输入的电路。如果该电路为高阻抗,或者速度缓慢,那么此电流尖峰将引起一个电压毛刺。系统的输出随后将试图跟随该输入电压毛刺,所以直到此电压毛刺自行化解之后输出才能准确地稳定。[!--empirenews.page--] LT6020运放提供了一款针对该问题的独特解决方案。其输入器件不仅非常准确,而且具备足够的坚固性以容许超过5V的反向偏置。于是,负责保护输入的是一对背对背齐纳二极管,而不是内部保护二极管。因此,对于5V或以下的输入阶跃,不会出现电流尖峰。如图3a和3b所示,LT6020运放在传感器的输出上几乎未引起电压毛刺,而传统的高精度运放(以LT6011为例)则会引起一个大的电压毛刺。 结论 把高精度信号正确地多路复用为一个输出信号需要谨慎地关注细节。LT6020利用一组独特的特性简化了多路复用解决方案的设计。例如,其摆率与处于这种低电源电流水平的其他运放相比要快得多,从而使之能够对通道变化做出快速响应。另外,其独特的输入保护方案还可避免出现电流尖峰,而当采用传统的高精度运放时,这种电流尖峰将在通道切换期间引起上游干扰。

    时间:2015-05-08 关键词: 低功率 电源技术解析 高精度运放 多路复用

  • 可穿戴设备开发 东芝选择多个传感器的低功率控制技术

    东京—东芝公司(TOKYO:6502)近日宣布面向支持多传感器可穿戴设备的微控制器开发一项创新的低功率控制技术。利用公司的TZ1001MBG微控制器(MCU),这项全新的控制技术可用于活动监控应用程序,并且将功耗降低了31%。 由电池供电的可穿戴设备的目标是,利用一个小体积电池在不充电的情况下长时间运行。要实现这一点,需要使用节能技术。嵌入可穿戴设备的MCU通常可以支持多种低功率模式,也就是说,设备可以自动进入闲置状态。但从低功率模式转换到活跃模式需要消耗一定的电能。这要求可穿戴设备降低模式转换频率。然而,可穿戴设备中嵌入的传感器数量正在不断增加,因而微控制器需要更加频繁地响应传感器,每次响应时均需要进行一次模式转换。 东芝开发的这项技术将以固定时间间隔获取数据的多个传感器的独立数据采集聚集在一起,从而降低了模式转换频率。这样可以减少模式转换次数,因而降低了模式转换功耗。另一方面,如果聚集作用导致数据采集出现关键性失效,那么就会对应用程序的功能(比如活动监视器中的阶梯测量或行为分析)产生重大的负面影响。东芝已经开发了一种通过优化数据采集时间来减少失效率的聚集方法。 为了评估该方法,东芝在TZ1001MBG上运行了一个活动监控应用程序。结果显示功耗降低了31%,证明这是一项高效的节能技术。目前东芝已经在TZ1000系列微控制器(MCU)中内置了这项技术。   东芝在未来数年内将继续研究这项技术,以期实现实际的应用,为可穿戴设备提供一个超低功耗平台。

    时间:2015-05-07 关键词: 传感器 东芝 低功率 可穿戴设备

  • Diodes电压参考在低功率下提供高可靠性

    Diodes电压参考在低功率下提供高可靠性

    21ic讯 Diodes公司 (Diodes Incorporated) 推出3.3V并联电压参考ZXRE330,旨在提高产品的可靠性并降低功耗。ZXRE330提供表面贴装SOT23和穿孔型TO92两款封装选择,其引脚与行业标准器件相互兼容。 这款精确微功率器件的温度系数一般低至20ppm/ºC,能够在-40ºC到+85ºC的工业级工作温度范围内提供高度稳定的性能。ZXRE330E及ZXRE330A在+25ºC分别达到±2%和±0.5%的严格电压容差。 ZXRE330具有1µA典型值的超低膝点电流,故能实现低功率性能,更可在2µA到5mA的全工作电流范围内维持超卓的性能。 全新电压参考ZXRE330还能承受高电容负载,无需输出电容器。此外,器件的55µVRMS低输出噪声性能有效确保从10Hz到10kHz的清晰输出。

    时间:2014-05-26 关键词: 功率器件 低功率 diodes 电源新品

  • 因应能量收集应用的超低功率需求

     近年来,能量收集(energy harvesting)话题在电子设计群体内获得了广泛关注。通过能量收集过程,能够捕获、收集然后透过电子设备来利用小批量的能量,从而能够完成简单的任务,而无须在系统设计中集成传统电源。然而,为了有效地实现能量收集,系统需要以尽可能最高的能效等级工作,不管是系统规定的构成元件,还是系统布设的方式,都是如此。下文将讨论能量收集应用的几项技术挑战,以及创新的数字、模拟及电源管理半导体技术怎样发挥关键作用来克服这些挑战。 如今在利用能量收集(或清理)的应用包括建筑物自动化系统、远程监视器/数字采集设备及无线传感器网络。由于能量收集并不依赖于传统形式的电源,它有两种关键的生态优势。首先,它不会导致任何化石燃料储备的耗尽;其次,它不会增加污染等级(因为没有相应的碳排放或用后丢弃的电池)。除了免去绕线或线缆之需并因此提供便利性,对于原设备制造商(OEM)和系统集成商而言,这类应用的真正优势在于,一旦真正就位,它实际上不会产生日常运行成本,因而不会收到公用事业机构的账单或是成本高昂的替换电池上门服务等。 提取所要求的能量 可以采取多种方式来从环境中收集能量(取决于何种方式被证实最适合于特定应用背景),产生的功率等级通常在10 µW至400 µW区间。 采用的机制包括温差、动力学(主要通过振动运动)、太阳能、压电效应、热电效应及电磁。然而,可能除了太阳能外,有关能量采集是“免费”能量的认知并不是完全准确。其于振动或温度梯度的能源利用了大量源自系统的浪费能量。因此,须顾及维修及维护成本因素。 通过收集过程产生的能量可以用于多种方式,例如: 1. 开关(建筑物自动化) – 施加在开关上使其导通或关闭的机械力足以产生相当于数毫焦耳(mJ)的能量来运行无线收发器。这种方式发送射频(RF)信号来启动门锁或灯。这种方式由于不需要绕线,故提供后勤维护及审美上的效果。 2. 温度传感器(建筑物自动化) – 环境空气与加热器之间的温差能提供将温度数据以无线方式发送回给调节系统所需的能量。 3. 空调(建筑物自动化) – 空调导管的振动能用于通过电磁感应产生电气信号。空调可以通过此信号来控制。 4. 远程监控(工业/环境) – 其形式可能是无人值守气象台、化工厂的气体感测系统、海啸警示系统等。太阳能电池或小型风力涡轮机可以提供所要求的能量。 5. 医疗植体(保健) – 诸如血糖监测仪,此类应用中,热量或人体活动使置于病人皮肤上的低功率无线收发器能够将数据反馈至诊疗中心,而无需包含电池(因而提升病人的舒适度,并减少不便利体验)。 6. 手表(消费) – 太阳能或运动能量能用于支援无电池手表的工作。 7. 胎压监测(TPMS,汽车应用) – 使用表面声波(SAW)传感技术, 有可能规避因安装电池及在各个汽车轮胎上配合温度/压力传感器所需的复杂电子电路产生的问题,因而缩短物料单(BOM)成本及所需的工程资源。 系统设计考虑因素 由于要处理的能量仅为微瓦(µW)级,显而易见的是,采取一切可能的措施来最充分利用能量至关重要。工程师需要努力工作以避免浪费。这涉及到硬件及软件考虑因素,能够通过应用高能效的元器件及确保充分的设计优化来实现。至关重要的是,电子系统包含由智能电源管理组成的低压电路。可能还需要考虑到能量存储问题,因为这些系统工作的零散(sporadic)属性表示,在许多情况下,能量被采集的时间与能量后来被利用的时间之间没有直接关联。使用的存储方法必须采用低压工作,并带有大充电电流能力、适当的放电能力,以及很可能完全无自放电能力。处于系统核心的数字IC必须能够提供超足量的处理器性能,以承担系统工作,同时还要能够配合低压工作,从而不超过功率预算。此外,这数字IC的性价比必须足够高,使其应用不会太过于影响跟系统相关的总体支出,否则的系统的价格会太高,无法部署在前方论及的许多能量收集应用中。 通常情况下,如果有需要增强性能等级、提供更大程度的优化或提高集成度,OEM就会考虑采取定制方法,从项目开始就与专用集成电路(ASIC)供应商合作。不利的是,这种方法并不总是可行,因为它要求大量的前期财务投资以支付一次性工程(NRE)成本,随后还必须有足够大的批量以收回投资。许多能量收集应用并没有足够大的批量来采取这种方法,但另一方面,在后续流程上仅是将现成元件布设到一起的工程师很可能无法将系统能效提升至最高。令情况更糟糕的是,开发过程很可能要求大量的时间和工程资源。 设计社群如今有了第三种选择,这种选择提供ASIC有利的技术属性,但又没有ASIC上投资及上市时间方面的缺点。这种方法结合了超低功率微控制器(MCU)及高能效、可随时定制和预定义的IC;这样的IC集成关键及必不可少的模块,如采集接口及电源管理功能、传感器及智动器接口。Canova Tech的ETA平台就提供了这样一个实例。这种新的开发套件基于安森美半导体的LC87F7932超低功率MCU和Canova Tech的ETA平台,为工程师提供获得业界证明、可以被定制(硬件及软件)的开发套件,以满足特定应用要求,因而增强系统的功率/性能特性。ETA平台完全可配置,能够连接及匹配市场上大多数能量采集器,处理高于0.9 V的直流 及交流输入电压,或者在使用外部变压器的条件下,处理大于数十毫伏(mV)的电压。收集的能量能够采用不同存储元件来传递/存储,如化学电池、电容及超级电容。通过存储元件,系统能够有效地管理积累的能量,而无论采用的是哪种不规则的提供模式,使系统能够应用省电策略,如使用嵌入式超低功率可配置模拟前端,此前端能够进行系统传感器信号的采集和调理,而无须外部MCU的监控。 LC87F7932B MCU是一款采用CMOS技术的8位器件。它包含以250 ns(最小值)总线周期时间工作的中央处理器(CPU)。这IC集成了32 KB板上可编程闪存、2,048字节RAM、片上调试器、LCD控制器/驱动器、16位定时器/计数器及实时时钟。它的12位7通道低功率模拟数字转换器(ADC)在前端完成了信号调理后,转换采集到的信号。然后,此数字信号能够以无线方式传输或存储,用于根据应用来在后续段提取。 总而言之,能量采集系统的设计涉及到多种重要障碍及挑战。工程师需要尽可能多地提升处理性能,同时将总体功率预算保持在最低等级,而且在可能被证实对成本极敏感的应用中不大幅增加支出。必须竭尽所能,使用最优的元器件,并确保完全理顺开发过程。通过使用本文详细介绍的基于超低能耗MCU架构和可配置及可定制器件的开发平台,工程师能够克服这些障碍,并因而提供更有效的方案。

    时间:2014-01-22 关键词: 能量收集 低功率

  • 微芯推出极灵活的交钥匙式低功率传感器集线器

    21ic讯 Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)宣布推出一款极具灵活性的交钥匙式低功率传感器集线器SSC7102。新器件不仅令传感器融合的实现更为轻松,还极大地丰富了可支持传感器的选择。事实上,Microchip此次采取了与多家业界领先的传感器制造商以及传感器融合专家直接合作的方式,强强联手打造了这一全新的解决方案,使用户无需因缺乏传感器融合的专业知识而烦恼,帮助其加速产品的上市进程。此外,SSC7102效率极佳,在运行复杂的传感器融合算法时其耗电量仅仅约为4 mA,从而大大延长了Windows® 8.1平板电脑、笔记本电脑、超级本和智能手机的电池寿命。 由于成本低且尺寸小,传感器如今可以被添加到几乎所有的设备上。据市场研究公司IHS iSuppli预测,到2016年预计应用于手机和平板电脑的运动传感器数量将超过60亿个。由于传感器正越来越广泛地渗透到我们的生活当中,系统需求也从最初简单的监控功能演变为能够提供有关周围环境和活动的复杂信息。来源于诸如运动(加速计、磁力计和陀螺仪)及环境(光、温度、湿度和压力)等多个传感器的数据,常常需要在系统中进行合并或“融合”。而Microchip低功率SSC7102传感器集线器可轻松运行这些复杂的传感器融合算法,以易于实现的解决方案为用户带来最大的灵活性。 Microchip计算产品部副总裁Patrick Johnson表示:“一直以来,Microchip都是个人电脑及笔记本电脑嵌入式控制器市场的领导者。由于现在个人电脑平台已逐渐发展到了超级本和平板电脑时代,因此Microchip继续致力于扩展其产品组合以支持用户对运动数据不断增长的需求。在SSC7102的研发过程中,我们与Bosch和Movea等业界领先厂商紧密合作,成功地推出了这一款易于使用、功耗极低的经Windows 8.1认证、符合HID-over-I2C™标准的解决方案。” 供货 Microchip SSC7102传感器集线器现已开始供货,采用6 mm x 6 mm BGA封装,以10,000片起批量供应。如需获取样片,请联系Microchip销售代表。该器件预计将于本季度末投入量产。

    时间:2014-01-09 关键词: 传感器 低功率 集线器 微芯 交钥匙式

  • 低功率LED驱动器中的多面手——PI推出LYTSwitch-0系列

    低功率LED驱动器中的多面手——PI推出LYTSwitch-0系列

          LED进入普通照明市场的节奏正在加快。在2012年,LED在通用照明领域的市场渗透率已经为10%左右。按照此速度,2015年的市场渗透率将达到45%左右,其会占有照明市场半边天。回顾LED照明的发展过程,第一波应用大潮是景观照明,2008年的北京奥运会和其后的深圳大运会就是最好的例证。紧随其后,商场和酒店开始大量使用LED灯具,接下来就是进入普通家庭。仔细观察这个趋势,会发现LED照明市场的细分化越来越明显,每一应用所要求都大不一样,这也使得LED驱动器开始细分化。         在中国市场上,特别是普通的照明应用中,决定一个技术成功与否的因素就是成本。如果驱动器的成本不降低,LED本身的成本降低也将毫无意义。         Power Integrations(简称PI)公司最近推出了LYTSwitch-0系列,其就是定位于对成本敏感的LED照明应用。该系列的效率达到90%以上,可在典型应用中以优于±5%的调整精度提供恒流输出。其功率因数在115 VAC下大于0.8,在230 VAC下达到0.55,可满足ENERGYSTAR V1第3稿的北美消费类照明标准,以及欧洲生态设计指令Lot 19第2部分标准。         在低功率的照明应用中,非隔离式的驱动器开始取代传统的隔离式驱动器。因为不适用变压器,可以使得驱动器的体积大为减小,效率大幅提高。LYTSwitch-0系列就是非隔离式架构的。由于内部的集成度非常高,通过与外部很少量的器件搭配,就能形成降压、升压、升降压等拓扑结构,以满足不同的LED电压需求。其支持的电压范围是85~308VAC。以标准的降压拓扑为例,仅用13颗元器件,LYTSwitch-0就能形成此拓扑。         LYTSwitch-0系列还具备强大的功率校正功能,可以满足严格的欧洲和美洲标准。内置的700V MOSFET可以抵抗500V的浪涌电流,有开环、短路和过热保护功能。同时,因为有频率抖动功能,可以大幅减低EMI。 图 LYTSwitch-0系列       为了便于工程师了解LYTSwitch-0系列,PI公司开发了一个驱动器模型RDR-355。“RDR-355是一款使用LYTSwitch-0 IC和仅13个元件设计而成的GU10 LED驱动器。由于该器件具有小尺寸和高效率的特点,因此无需对LED驱动器使用散热或灌封处理,从而可降低制造成本”,Power Integrations产品营销经理Andrew Smith这样表示。         LED的发光度在逐渐提升,制造成本在逐渐下降,如果有像LYTSwitch-0系列这样的驱动器大量进入市场,LED替代传统照明的时间就指日可待了。  

    时间:2013-07-03 关键词: LED 驱动器 低功率 技术专访 lytswitch

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