Maxim芯片在节能设计中的应用

摘要：对于便携式设备，消费者迫切要求延长其电池寿命；对于非便携式设备，不断飙升的能源价格和最新的能源之星(Energy Star®)规划也促使公众更加关注待机功耗问题。因此，符合绿色能源规范并降低待机功耗已经成为设计者追求的新目标，特别是对于每天工作24小时的系 统。为了满足低功耗要求，电路设计人员深知细节决定成败，需要对每一部分电路的电流进行仔细测算。本文介绍了Maxim芯片在典型系统中的应用，有助于设 计人员降低系统功耗。文中给出的实例只是Maxim众多超低电流器件中的几个典型例子。

消费者迫切要求延长便携设备的电池寿命，这也是理所应当的要求。产品使用的便利性同样至关重要，这一理念已经渗透到全社会。例如，我 们不愿意排队等候，不能忍受交通堵塞等等，我们往往会为享受特殊待遇而不吝啬于掏腰包。于是，我们有了自动提款机，能够每天24小时、每周7天提供全天候 营业；数字录像机(DVR)使我们能够录制娱乐节目以供闲暇时欣赏；移动设备则为我们享受全天候的顺畅通信和自娱自乐提供保障；类似的事例还有很多。“小 巧、轻便、快捷和简单”是当今消费者的追求。作为产品设计人员，我们深知满足这些需求是走向成功的必由之路。

更高程度的“绿色”环保设计 需要综合考虑系统整合、结构、元件选择以及功能管理等多方面技术，从而节约便携系统每一微安的电流，节约电力线供电系统每一毫安甚至更多的电流。便携系统 中，设计人员习惯以微安为单位计算电流。然而，当电路板上一个指纹大小的污渍所产生的漏电流超过一个芯片的待机电流时，设计人员也不得不做出让步。

“Little Things Mean a Lot”，这是一首流行了50年的老歌，它启发我们如何设计满足当前市场需求的便携产品。我们首先想到的“大”问题是：处于休眠状态的微处理器、显示器耗 电以及闪存，随后需要考虑的是其它电路。细节决定成败，每一部分电路的电流都要仔细考量。不同地区的要求可能不尽相同，典型的待机功率通常限定在0.5W 至3W以下，通常情况下工作效率应该高于80%。

作为一位消费者，看到家里的电费单时可能会感到吃惊。而作为一名工程师，我们完全可以设 计电路帮助消费者降低电费。以一台HDTV DVR接收器为例，一般情况下，接收器消耗的功率为120W，这些接收器往往没有待机模式。如果每天工作24小时，每周工作7天，一个月的电费将达 到$34.52 (美金) (以北加州$0.399/kWh电费计算)。这仅仅是家里的一台电器，可以想象我们能够节省成本的空间和潜力有多大。一个普通的中产阶层家庭，消耗电能的 电器设备可能达到35台。值得庆幸的是，大多数电器都有待机模式，系统空闲时有助于降低功耗。

另请参考：电费计算器。

不断飙升的能源价格使消费者更加关注设备整体的使用成本。功耗是关键，需要注意的是：房间内每增加1瓦功耗，空调将消耗大约2瓦的功率排放相应的热量。对于工程师而言，坚持绿色能源规范对于我们的事业和我们赖以生存的地球都是明智的选择。

工作机器基本单元

现在，无论是在家里还是办公室，都能看到工作的电动机和微处理器。发生自然灾害时，我们会很快意识到我们对电力的依赖性有多大。

图1. 生活中常见机器的共同特性

从 机械设备、电器和娱乐设施的基本框架，我们会发现很多相似之处。图1给出了常用电器的简化原理图。我们首先检测某些信息，随后做出响应。这是绝大多数工作 流程的真实写照。例如，我们检测房间的温度，然后打开加热器或空调；我们或机器检测亮度，然后打开照明灯；草地喷灌控制器根据计时时间，按照一定的周期打 开水管。

图2. 一台简单实用的机器定义是PLC的基础，其功能通过软件和硅片组合确定。

我 们可以从一个最简单的机器开始，逐渐添加各种功能。图2所示就是一台这样的机器：它检测某些参数，利用处理器按照预设的标准处理激励，然后做出响应(是 的，可以将其当作带有双金属机械开关的加热器、空调或冰箱，我们将在这一基础上构建更加复杂的机器)。实际上，我们正在描述的是一个可编程逻辑控制器 (PLC)。按照图3所示，我们提供满足客户需求的定制系统。

图3. Maxim提供的高集成度IC组合构成了基本的PLC单元

为 了实现图3所示系统的设计，我们按照所要求的速度采集传感器输入并做出相应的响应，启动输出和各部分功能。相对而言，缓慢变化的输入、输出可共用一个 PLC控制器。对于那些需要实时响应的应用，例如：安全保护功能，可能需要多个PLC同时进行处理，对传感器进行实时监测并提供