利用SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低功耗
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由于ADC驅(qū)動SDO引腳，主機微控制器驅(qū)動CS、CONVST和SCLK引腳，因此可通過盡可能減少所有器件的引腳電容來實現(xiàn)最低功耗。
對于CS和CONVST引腳，開關頻率僅取決于吞吐速率。如前所述，SCLK頻率應設置為可支持的最大頻率，以便降低功耗。這并不矛盾：重要的是SCLK并不是自由運行--它應該僅在盡可能短的時間內(nèi)激活，以便在SDO線路上傳播每個位檢驗的結(jié)果并控制轉(zhuǎn)換過程。這點依器件和分辨率而定，但通常為每位一個周期，再加上一些開銷；對于12位轉(zhuǎn)換器SPI接口，每次采樣約為16個SCLK周期。因此，SCLK的最小頻率為所需周期數(shù)乘以吞吐速率。
SDO線路的頻率取決于吞吐速率和轉(zhuǎn)換結(jié)果。雖然這個無法進行控制，但是設計人員應該了解它會對轉(zhuǎn)換功耗造成什么影響。當結(jié)果為101010…序列時，功耗最大；當結(jié)果為全1或全0時，功耗最小。
除了降低吞吐速率之外，減小VDRIVE電壓也可明顯降低功耗。模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過單電源引腳或單獨的電源來為模擬電路和數(shù)字接口供電。使用單獨的VDRIVE電源時，設計靈活性更高并且無需電平轉(zhuǎn)換器，因為模數(shù)接口電壓可與SPI主機的電壓相匹配。為VDRIVE選擇可用的最低電壓時，系統(tǒng)功耗將最低。
圖2比較了12位ADC在VDRIVE值為3 V和1.8 V時標準SPI接口（含CS、SDO和SCLK）的典型功耗要求與總?cè)菪载撦d的關系，其中吞吐速率為100 kSPS、每次轉(zhuǎn)換16個SCLK周期以及最差情況SDO輸出為1010.
圖2. 典型接口功耗與容性負載的關系
ADC電路設計的其它典型構(gòu)成要素包括基準電壓源和運算放大器。不言而喻，應針對低功耗認真選擇這些元件。有些基準電壓源帶有關斷模式，以便在非活動期間降低功耗。放大器選擇視應用而定，因此應考慮到系統(tǒng)吞吐速率，以確保所選放大器能夠使ADC性能達到最佳，同時使功耗降至最低。
12位AD7091R專為低功耗應用而設計，具有一個SPI接口和一個片內(nèi)精密2.5 V基準電壓源，采樣速率為1 MSPS.轉(zhuǎn)換通過CONVST引腳啟動。片內(nèi)振蕩器控制轉(zhuǎn)換過程，使之能夠優(yōu)化功耗。引腳電容很小，最大值為5 pF.寬輸入電壓范圍（2.7 V至5.25 V）允許集成到更廣泛的應用中，而不僅僅是電池供電應用。單獨的1.65 V至5.25 V VDRIVE電源則可降低功耗，并提高系統(tǒng)集成能力。
采樣速率為1 MSPS且VDD為3 V時，AD7091R功耗為349 μA（典型值）。由于其功率與吞吐速率成正比，因此100 kSPS時靜態(tài)電流為55 μA.不執(zhí)行轉(zhuǎn)換但基準電壓源激活時，靜態(tài)電流為21.6 μA;在關斷模式下，電流僅為264 nA.AD7091R采用10引腳MSOP或LFCSP封裝。
驅(qū)動AD7091R的典型放大器包括AD8031（針對快速吞吐速率應用）和AD8420（針對較低帶寬應用）。采用2.7 V電源供電時，AD8031的靜態(tài)功耗為750 μA（典型值）；采用5 V電源供電時，AD8420的靜態(tài)功耗為70 μA（典型值）。
圖3所示為通過CR2032鋰電池供電時AD7091R的典型功耗和計算得出的電池壽命。可以清楚看出，隨著吞吐速率降低，電池壽命明顯延長。
圖3. AD7091R電池壽命和功耗與吞吐速率的關系
與多數(shù)其它ADC相比，AD7091R可以在功耗預算上實現(xiàn)顯著節(jié)省效果。例如，與最接近的可用競爭產(chǎn)品（一款不帶內(nèi)部基準電壓源的器件）相比時，對于1 MSPS吞吐速率，AD7091R可使功耗降低3倍（對于3 V電源，其功耗典型值為1 mW,而比較產(chǎn)品的功耗典型值為3.9 mW）。這相當于將CR2032電池壽命延長400小時。考慮需要外部基準電壓源的其它器件時，節(jié)省效果更為明顯。
結(jié)論
除延長電池壽命之外，降低功耗還有其它很多好處。產(chǎn)生的熱量變少，進而使尺寸變小。穩(wěn)定性因溫度應力降低而得以提高。由于采用更小的元件，因此PCB尺寸得以縮小；另外，由于無需散熱器之類的配件，因此元件數(shù)量得以減少；這些使系統(tǒng)成本降低。
本文概述了系統(tǒng)設計人員在采用ADC的設計中優(yōu)化功耗時應考慮到的幾個重要因素和好處。
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