低功耗已成为许多电子系统中的重要设计目标。本文介绍了基本概念和技术。
在本文中，我们将探讨与基于微控制器的嵌入式系统中的功耗最小化相关的一些基础信息。然后，未来的文章将讨论特定的微控制器功能以及如何使用它们来延长电池寿命。
正如前一句所暗示的那样，对降低功耗的不懈追求势必受到电池不可避免的局限。提高从墙上插座供电的电路的能效肯定没有问题，但是当你知道小型电子设备所需的功率与家用电器或室内电源相比如此之小时，很难获得动力。灯光。
当产品主要用于电池供电时，一切都会发生变化。小型电池存储非常有限的能量，但消费者需要非常紧凑的高性能（读取“高功率”）设备（读取“对于大尺寸电池来说太小”）并且不需要再充电每隔二十分钟。什么是设计师？
我确信电池工程师正在努力帮助我们，但这并没有改变这样一个事实，即我们应该充分利用目前可用的任何储能技术。这意味着主要的，通常是大大延长电池寿命的唯一方法是设计“用更少的资源做更多”的电路，即实现所需功能，同时最大限度地减少必须从一个电路传输的电子数量电池的一侧到另一侧。
第一件事
在我们进一步讨论之前，我们需要确保每个人都在同一页面上关于术语。
- 电流：这是电荷流过导体（或半导体）的速率。标准单位是安培，定义为每秒库仑（一个电荷单位）。
- 能量：这个词指的是在完成某事（例如，温度升高，物理运动，光的产生）过程中转移的神秘“属性”。电池存储化学能，该化学能可以转换成电能供电路使用。能量的标准单位是焦耳。
- 功率：在科学背景下，功率是能量从一种形式转换为另一种形式的速率（例如从电能转换为热能，或从电能转换为电磁辐射）。单位为瓦特，定义为每秒焦耳。
电源，能量，功率，电流。。。
我们通常在电流和功率方面讨论电路，我们在电荷或能量方面讨论电池。例如，我们可能会说特定的运算放大器消耗1 mA的电源电流; 但是，如果电源电流取决于电源电压，则这是不完整的信息。功率规格包含这两个量，因为电功率计算为电压乘以电流。
电池维持电子电路功能的能力以安培小时（或通常为毫安小时，缩写为mAh）表示。从技术上讲，这是一个收费单位：
因此，如果电路需要1 mA（= 0.001库仑/秒）的电流，则1 mAh（= 3.6库仑）电池可以维持该电路3600（= 3.6 / 0.001）秒，也称为1小时。
很高兴认识到mAh不是一个能量单位，尽管我们可能会将其视为给定电池在必须丢弃或充电之前可以提供多少总电能的一般指标。
一个电池的实际能量容量取决于有多少功率可以为多长时间，其中功率由电池乘以电池两端的电压提供的电流来计算被供给。（这不是一个简单的计算，因为电池放电后电压会降低。）虽然标准的能量科学单位（以及能量容量）是焦耳，但我们可以用更方便和直观的形式表达焦耳，例如毫瓦·小时。
数字，模拟和无源器件
我们可以通过考虑不同类型的元件对总电流消耗的贡献来开始分析给定电路的功率要求。
数字
以下众所周知的公式用于预测单个CMOS逆变器的功耗：
实际上，这只是动态功耗。历史上，CMOS技术确保了非常低的静态功耗，但这种情况有所改变，因为随着FET的缩小，静态漏电流变得更加重要。然而，我们将专注于动态功耗，因为电路板设计人员可以做很多事情来降低静态功耗。
每次输入从高电平变为低电平或从低电平变为高电平时，都会产生电流突发。
无论如何，上述等式表明CMOS电路中的动态功耗取决于开关频率（f），负载电容（C）和V DD。我们对IC的内部负载电容做不了多少，但我们确实对频率和V DD有一些控制。实际上，在寻求消除不必要的功耗时，这两个量是开始的地方：降低时钟频率，降低电源电压。实际上，使用较低的电源电压也会降低静态功耗，但对动态功耗的影响更为明显。
模拟
没有简单，方便的公式可以应用于模拟（和混合信号）IC，但一个好的数据表应该有大量关于功耗的信息。这里要理解的重要一点是，您不能只看数据表的第一页来准确确定器件的电流消耗。
例如，AD8538运算放大器数据手册的第一页称“低电源电流：180μA。”这给您一个总体思路，这很好，但实际信息在“典型性能特征”中有所下降：
对于模拟以下内容的解释以及无源器件等内容，请打开以下链接进行完整性的观看：https://www.eetoday.com/application/consume/201903/52581.html
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