延長(zhǎng)ADC使用壽命的節(jié)能技術(shù)

對(duì)于ADC #1而言，8.3mW的有功功率部分所對(duì)應(yīng)的有功時(shí)間僅為5.3s(每次轉(zhuǎn)換333ns，16次轉(zhuǎn)換)，其6W的待機(jī)/關(guān)斷功率所對(duì)應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間為1ms的剩余部分(994.7s)。其平均功率為[(有功功率×有功時(shí)間) + (關(guān)斷功率×關(guān)斷時(shí)間)]/總周期時(shí)間，這個(gè)公式可以得出有效吞吐率為1ksample/s，平均功率為50W。

ADC #2與ADC #1類似，但是ADC #2的最高采樣率為1Msample/s。有功功率為6mW，有功時(shí)間為16s(每次轉(zhuǎn)換1s)，關(guān)斷功率為6W，關(guān)斷時(shí)間為984s，從而得出其平均功率為ADC #1的平均功率的兩倍。

ADC #3采用低速內(nèi)核，其最高采樣率為300ksample/s。功耗只有4.65mW，但是16次采樣轉(zhuǎn)換的時(shí)間為53s(比ADC #1長(zhǎng)10倍)，關(guān)斷功率為15W，關(guān)斷時(shí)間為947s。因此，ADC #3的平均功率為260.7W，比ADC #1的平均功率高5倍。

突發(fā)模式處理的一個(gè)潛在不足是可能需要具有更快時(shí)鐘速率的微控制器或FPGA。另一個(gè)不足是需要關(guān)斷和開啟電壓參考。如果ADC有內(nèi)部基準(zhǔn)，則需要一段時(shí)間(一般>100 s)上電和穩(wěn)定，然后ADC才能提供其有保證的線性度規(guī)格。

對(duì)于以突發(fā)模式工作且ADC外接一個(gè)電壓參考的應(yīng)用，該基準(zhǔn)源可以隨時(shí)上電。這種電壓參考僅耗費(fèi)極小的功率，例如MAX6029的串聯(lián)型電壓參考，僅消耗5.25A(最大值)的功率。預(yù)置電壓輸出包含2.048、2.5、3、3.3、4.096和5V。這些基準(zhǔn)電壓幾乎與所有的ADC都能很好地匹配。例如，2.048V的基準(zhǔn)電壓僅需要15.75W的額外平均功率。

較低的采樣率

大多數(shù)ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)都指定了兩種情況下的電源電流：最高采樣率和斷電模式。了解這些數(shù)據(jù)點(diǎn)很有好處，但是許多系統(tǒng)都是在低于最高采樣率的情況下運(yùn)行ADC。此時(shí)，研究電源電壓如何隨采樣率變化很有幫助。

讓我們研究一下圖2中300ksample/s ADC采用3V電源供電(圖3)時(shí)的電源電流與采樣率關(guān)系圖。采樣率為300ksamples/s時(shí)的功耗為3V×0.62mA = 1.86mW，但采樣率為100ksamples/s時(shí)僅為1.26mW，可以節(jié)省32%的功率。

SAR ADC通過在轉(zhuǎn)換時(shí)上電并在轉(zhuǎn)換之間掉電，可以在較低的采樣率下大幅節(jié)能。大多數(shù)SAR ADC都有差不多的功耗，但是如果有些內(nèi)部電路在轉(zhuǎn)換之間保持有源工作狀態(tài)，節(jié)能幅度就可能不那么顯著。在任何情況下，最好都查看一下SAR ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)上的典型電源電流與采樣率的曲線。

SAR ADC與ΔΣ ADC

較低的電源電流和采樣率是SAR ADC獨(dú)有的特性。主要用于精密應(yīng)用的其它類型的ADC是ΔΣ ADC。這種ADC在較低的輸出速率下通常不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能，因?yàn)棣う舱{(diào)制器可以通過對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行過采樣然后將結(jié)果平均，從而實(shí)現(xiàn)高精度。另一方面，SAR ADC的采樣電路并非連續(xù)運(yùn)行。每一次采樣時(shí)，它都獲取一個(gè)模擬輸入 “快照”。

以較低輸出速率運(yùn)行ΔΣ ADC無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能(請(qǐng)參見“Lower-Power Delta-Sigma Design”) 。但是這種ADC可以提供較低的平均噪聲和更好的有效分辨率。比如，MAX11200 24位ΔΣADC就可以提供最大值低于1mW的低功耗和23位以上的高有效分辨率?？梢酝ㄟ^改變輸出速率和過采樣率，在較低輸出速率下實(shí)現(xiàn)較高的有效分辨率。

MAX11200在2.4576MHz或2.048MHz內(nèi)部振蕩器上工作時(shí)，可以在120samples/s的采樣率下實(shí)現(xiàn)21.7位有效分辨率，在10samples/s采樣率下實(shí)現(xiàn)23.6位有效分辨率。不過，可以通過軟件控制提供多個(gè)采樣率以及最終的無(wú)噪聲分辨率(NFR)、有效分辨率和RMS噪聲(參見表1)。