借助集成模數器實(shí)現更低功耗的12種方法

　　在降低設計功耗的過(guò)程中，您是否充分利用了微控制器（MCU）中集成模數轉換器（ADC）的所有功能？這篇博文將帶您了解如何借助集成模數器實(shí)現更低的功耗。

　　本文，我們將以MSP432P401R MCU中的ADC14（集成14位模數轉換器）作為示例。低功耗應用，以及減少高占空比應用中的啟動(dòng)時(shí)間都是ADC14設計過(guò)程中的考量要素。然而，各個(gè)應用都有獨特的特點(diǎn)，因此，為最大限度地降低功耗，必須謹慎選擇ADC14的旋鈕或可編程性。

　　這篇博文重點(diǎn)講述MSP432™ MCU的一些關(guān)鍵特性，您可以通過(guò)這些特性自定義ADC14的功率和性能：

1. 可選參考
2. 快速啟動(dòng)
3. 可選時(shí)鐘源
4. 電源模式
5. 最低電壓1.62V
6. 使用集成DC / DC驅動(dòng)核心電壓
7. 自動(dòng)關(guān)機
8. 內部溫度傳感器，ADC采樣時(shí)間減少
9. 8、10、12或14位可選，選擇最低位數可提高轉換速度，節省電池電量
10. 窗口比較器發(fā)現相關(guān)信號之前，不必進(jìn)行實(shí)際處理，甚至不必使用8位模式
11. DMA 的模塊過(guò)程
12. 使用定時(shí)器來(lái)觸發(fā)ADC轉換

　　可選參考

　　可選參考允許用戶(hù)選擇適合其性能的最小電流。如果電源穩定，可將電源作為超低功耗參考。使用電源作為基準，意味著(zhù)內部參考無(wú)需電流，而且參考沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)間。

　　快速啟動(dòng)

　　ADC14啟動(dòng)快速，可進(jìn)一步改進(jìn)高占空比應用的低功耗。ADC和時(shí)鐘（MODOSC或SYSOSC）的啟動(dòng)時(shí)間很短。此外，在其緩沖器啟動(dòng)前（參見(jiàn)設備數據表了解具體數值），作為低功耗的內部參考首先啟動(dòng)。由于不需要充電時(shí)間過(guò)長(cháng)的外部電容器，因此緩沖器可快速建立。這樣，僅在使用的時(shí)候才需要打開(kāi)緩沖器，而且外部電容器充電也需花費更長(cháng)時(shí)間。

　　可選時(shí)鐘源

　　考慮時(shí)鐘選擇時(shí)，需要考慮系統級功率預算。在某些情況下，轉換更快的時(shí)鐘可節約能量。工作周期應用可從具有快速啟動(dòng)時(shí)間的MODCLK受益。用戶(hù)必須考慮增加不同時(shí)鐘源的電流可將ADC的啟動(dòng)時(shí)間降至最低，并可節省凈功率。

　　電源模式

　　電源模式（ADC14PWRMD位）按照最大采樣率調整電流消耗，主要是通過(guò)在選擇內部參考時(shí)調整所用的緩沖器。與SYCOSC情況一樣，如果您在A(yíng)DC14中使用較慢的時(shí)鐘，可以考慮將低功耗模式（ADC14PWRMD = 2）作為時(shí)鐘源（參見(jiàn)設備數據表了解具體的時(shí)鐘要求）。

　　當使用外部參考時(shí)，ADC14PWRMD設置之間的每次轉換的能量差壓與未使用參考緩沖器時(shí)一樣小。這種情況下，較慢的時(shí)鐘降低ADC的電流消耗，但需要更長(cháng)時(shí)間才能完成。

　　使用內部參考時(shí)，最低能耗模式取決于您的應用。應基于每個(gè)應用考慮以下因素，包括：ADC無(wú)源時(shí)啟用低功耗模式的節能、采樣時(shí)間、轉換次數、時(shí)鐘或其它地方使用的參考、時(shí)鐘頻率、轉換次數等。對于采樣時(shí)間長(cháng)的應用，ADC采樣時(shí)間電流小于轉換電流，因此您看到的數據比數據表中的數值小。您可能需要做一些臺架測試，以了解您的應用的ADC電流消耗。

　　使用具有最小采樣時(shí)間的內部參考，并考慮MODOSC / SYSOSC的能量，單一ADC轉換的低功率模式能耗最低。但是，憑借連續五次或更多的轉換，轉換速度開(kāi)始占據主導，而帶更快時(shí)鐘的常規電源模式能耗最低。圖1對比了12位模式中兩個(gè)不同轉換次數的電源模式的能耗。

　　圖1 帶內部參考的ADC

　　為了幫助您優(yōu)化系統，圖2中顯示了常規和低功耗模式中帶內部參考的ADC14的兩種示例的電流分布。

　　圖2 帶內部參考庫的ADC

　　全速運行過(guò)程中，當ADC14PWRMD = 2（200ksps最大值）或最小電源電壓為1.8 V時(shí)，ADC14支持最佳的1.62伏最小電源電壓。對于電池操作，如果可以使用低功率模式，可延長(cháng)電池壽命并且仍然充分采樣信號。對于穩壓電源，使用低電壓降壓轉換器可極大地提高所有電流源的效率，并降低從電源中牽引的電流。

　　能夠使用集成DC / DC驅動(dòng)核心電壓

　　MSP432微控制器提供了一個(gè)集成DC / DC轉換器，可提高包括ADC14數字邏輯的核心電源效率。對于A(yíng)DC14電流的數字段，DC / DC轉換器減少電流消耗。對于差分輸入，當使用DC/DC轉換器時(shí)，性能差異可忽略不計。對于單端輸入方式，這對70分貝對73分貝典型SINAD（信噪比和失真比）具有較小影響。如欲了解詳情，敬請參閱設備數據表，確保ADC14與DC / DC轉換器適用于您的應用。

　　自動(dòng)關(guān)機

　　ADC14具備自動(dòng)關(guān)機功能，用戶(hù)無(wú)需任何操作，即可降低功耗。當ADC14停止轉換操作時(shí)，處理器將自動(dòng)禁用，并在需要時(shí)自動(dòng)重新啟用。時(shí)鐘源、MODOSC或SYSOSC也可自動(dòng)啟用，在需要時(shí)為ADC14自動(dòng)提供MODCLK或SYSCLK；ADC14或裝置的其余部分不需要時(shí)，也可對其禁用。ADC14 MODOSC / SYS OSC與內部參考一起啟動(dòng)，因此時(shí)鐘自動(dòng)關(guān)閉不會(huì )造成影響。

　　通過(guò)設置ADC14REFBURST位，并將REFON位設置為0，內部參考在樣品或轉換相之間不會(huì )自動(dòng)斷電。

　　內部溫度傳感器

　　內部溫度傳感器設計的采樣時(shí)間要求比之前的MSP設備更短，以減少用于測量溫度的能耗。

　　最后四種防范在本系列第二和第三篇博文中有更詳細的介紹：

　　選擇所需的最小位數提高完成速度，節省能源。

　　使用窗口比較器，在您完成匹配、提高分辨率前，不必實(shí)際處理比較轉換值，甚至不用使用8位模式。

　　使用DMA的模塊過(guò)程來(lái)減少資源的使用

　　使用定時(shí)器來(lái)觸發(fā)ADC轉換，以盡量減少所用資源

　　您可使用上述幾種功能在您的應用中降低MSP432 MCU的ADC功耗？