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技術(shù)專題
用于超低功耗實(shí)施的 PDS 設(shè)計(jì)
用于超低功耗實(shí)施的 PDS 設(shè)計(jì)
在低功耗實(shí)現(xiàn)方面，產(chǎn)品的特點(diǎn)是很少有高電流選項(xiàng)，尺寸小，針對(duì)電源管理進(jìn)行了優(yōu)化，并且電池需要盡可能長(zhǎng)的使用時(shí)間。符合這些標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品范圍很廣，包括但不限于智能手機(jī)、智能手表、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等。
在 PDS 設(shè)計(jì)和電源管理方面，每個(gè)具有超低功耗特征的產(chǎn)品都有幾個(gè)固有的主要因素：在非常小的幾何尺寸中設(shè)計(jì)高效的 PDS、管理功耗和延長(zhǎng)電池壽命。在某些產(chǎn)品實(shí)施中，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，選擇合適的電容器以消除它們作為潛在的功率消耗源（由于泄漏）也是一個(gè)關(guān)鍵因素。
如果您還沒(méi)有讀過(guò)PDS 設(shè)計(jì)的演變、與功率流向相關(guān)的挑戰(zhàn)以及電感和電阻對(duì)性能下降的影響，是開始探索的好地方電力輸送系統(tǒng)。
如此小的產(chǎn)品中的如此多的功能
以小尺寸實(shí)現(xiàn)的智能技術(shù)在我們的日常生活中變得如此普遍，以至于我們?cè)跊](méi)有它時(shí)很難想象。而且，這些設(shè)備中包含的技術(shù)的發(fā)展和復(fù)雜性得到了突飛猛進(jìn)的改進(jìn)，以至于我們?cè)趯?shí)施和操作我們變得如此依賴的各種產(chǎn)品功能方面變得傲慢。
例如，當(dāng)您將手機(jī)從垂直旋轉(zhuǎn)到水平以使屏幕保持對(duì)齊時(shí)，就會(huì)發(fā)揮作用的技術(shù)就是我們過(guò)去所說(shuō)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。智能手機(jī)中有很多功能——幾個(gè)收音機(jī)、一個(gè)或多個(gè)攝像頭、屏幕、內(nèi)部處理器和內(nèi)存——會(huì)消耗電力，這使得管理所有不同的電力區(qū)域成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。重要的是要記住，設(shè)備中的每個(gè)電源軌都有一個(gè) PDS，而智能手機(jī)中擁有 15-20 個(gè) PDS 的情況并不少見。
因此，PCB 設(shè)計(jì)師的主要工作歸結(jié)為弄清楚如何在板上為每個(gè)電源軌提供足夠的區(qū)域，以及如何在開始時(shí)沒(méi)有那么多平面時(shí)找到足夠的方法來(lái)分割平面。
而且，由于這些緊湊的幾何結(jié)構(gòu)，沒(méi)有空間將平面電容作為管理 PDS 的一種方式。所有電容都直接內(nèi)置于 IC 中。實(shí)際上，開發(fā)這些產(chǎn)品所需的設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)已經(jīng)變得非常專業(yè)，與傳統(tǒng)的 PCB 設(shè)計(jì)大不相同。
能源管理
因此，我們考慮了超低功耗產(chǎn)品的兩個(gè)參數(shù)——在非常小的空間中提供大量功能以及在任何一個(gè)設(shè)備中包含多個(gè) PDS。在電源管理方面，手機(jī)的架構(gòu)使得當(dāng)某個(gè)特定功能沒(méi)有被激活時(shí)，它就會(huì)被關(guān)閉。而且，這就是確定 PDS 操作至關(guān)重要的地方。
作為設(shè)計(jì)師，您必須弄清楚如何管理手機(jī)中的所有主要用電設(shè)備，以便它們?cè)谡_的時(shí)間關(guān)閉和打開。在大多數(shù)智能手機(jī)中，耗電量最大的是收音機(jī)。上傳視頻、圖片、大量數(shù)據(jù)等時(shí)，收音機(jī)一直開著，耗電高。在中低功耗范圍內(nèi)，有文本消息和簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)文件的上傳。在用電量的極低端是在您的移動(dòng)設(shè)備和持續(xù)監(jiān)控您的位置的手機(jī)信號(hào)塔之間發(fā)生的“ping”。從本質(zhì)上講，您的手機(jī)只有在完全關(guān)機(jī)時(shí)才在某種程度上不耗電。
電池保護(hù)
接下來(lái)，我們將討論超低功耗產(chǎn)品實(shí)施中可能最重要的方面：讓電池使用時(shí)間盡可能長(zhǎng)。對(duì)于智能手機(jī)而言，電池壽命是一項(xiàng)重要特性，但對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備等其他產(chǎn)品，節(jié)能是絕對(duì)必要的。此類產(chǎn)品的一個(gè)示例是夾在大傳輸線上的電力線監(jiān)視器。在大多數(shù)情況下，這些設(shè)備的性能要求是電池必須至少使用一年。但是，如果電容器的類型錯(cuò)誤，它們可能會(huì)泄漏，并且電池的放電速度會(huì)比預(yù)期的要快得多。
理論上，電容器應(yīng)該是完美的絕緣體。但是，他們不是。如果在 80 安培的電源中使用電容器，則不會(huì)出現(xiàn)幾微安培的泄漏或?qū)е履敲炊鄦?wèn)題。但是，如果電池必須有一年的生命周期，那么無(wú)論多小，電容器泄漏都可能成為一個(gè)大問(wèn)題。通常，為超低功耗設(shè)備選擇的電容器與用作旁路電容器的電容器（通常是鉭電容器）相同。通常，這些不是低泄漏，實(shí)際上也不是它們的性能標(biāo)準(zhǔn)。
通常，陶瓷電容器不會(huì)引起漏電問(wèn)題，但它們也不是最便宜的，因此它們不是遠(yuǎn)程監(jiān)視器等超低功耗應(yīng)用的默認(rèn)選擇項(xiàng)。確定您選擇的電容器是否“防漏”的最佳方法是閱讀設(shè)備的應(yīng)用說(shuō)明。如果未明確說(shuō)明泄漏電阻，最好尋找專門標(biāo)識(shí)為此類的電容器。
超低功耗設(shè)備的 PDS 要求與標(biāo)準(zhǔn) PCB 實(shí)現(xiàn)有很大不同。這些設(shè)備的特點(diǎn)是外形小巧、高效的 PDS 設(shè)計(jì)和消除任何潛在的電源消耗源。