為便攜式測(cè)試設(shè)備選擇低 Iq 和小尺寸的DCDC芯片

如今，過(guò)去笨重笨重的設(shè)備變得輕巧便攜。我在個(gè)人電子產(chǎn)品中親眼目睹了這一點(diǎn)：手機(jī)曾經(jīng)又重又慢；它們現(xiàn)在纖薄、快速并且電池壽命越來(lái)越長(zhǎng)。

我也親眼目睹了個(gè)人醫(yī)療保健領(lǐng)域的這一趨勢(shì)?，F(xiàn)在無(wú)需去看醫(yī)生就可以檢查生命體征，部分原因是解決方案尺寸越來(lái)越小，而且設(shè)備（例如手掌中的血糖監(jiān)測(cè)器）的功耗越來(lái)越低。血糖監(jiān)測(cè)儀正在經(jīng)歷低功耗和更長(zhǎng)電池壽命的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這使用戶能夠擁有響應(yīng)迅速的身體重要測(cè)量設(shè)備。

血糖監(jiān)測(cè)儀是一種功耗極低的設(shè)備，并試圖將靜態(tài)電流 (Iq) 推到可能的最低限度，因?yàn)樗鼈儽仨毮軌蛟谕粋€(gè)電池（通常是輕巧的 3V 紐扣電池）上進(jìn)行至少 1,000 次測(cè)試。隨著血糖監(jiān)測(cè)儀開(kāi)始更多地與藍(lán)牙® 和其他無(wú)線連接（如圖 1 所示）連接，達(dá)到可以處理 1,000 次測(cè)試的電池壽命已成為一個(gè)問(wèn)題。這是因?yàn)闊o(wú)線連接的增加反過(guò)來(lái)會(huì)增加功耗并降低電池壽命，并增加對(duì)多個(gè)紐扣電池 (220mAh) 甚至 AAA 電池 (1,000mAh) 的需求，這會(huì)增加尺寸和重量。

圖1：血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

解鎖更高的準(zhǔn)確性

隨著系統(tǒng)功率的降低，保持高精度可能會(huì)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因此確保系統(tǒng)精度保持高很重要；提高精度的一種方法是使用外部電壓參考。外部參考電壓通常很實(shí)用，因?yàn)橛卸喾N技術(shù)（例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 上的過(guò)采樣）可以將參考電壓的要求提高到遠(yuǎn)高于典型內(nèi)部參考電壓所能達(dá)到的要求。對(duì)電壓參考的增加要求可能是提高初始精度、降低溫度系數(shù)、降低噪聲甚至不同電壓參考電平的組合。這些要求通常難以在低功耗應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，但REF3320  REF33xx 系列電壓基準(zhǔn)通過(guò)提供高精度、低溫度系數(shù)和低 Iq 解決了這些問(wèn)題。

低 Iq 電壓參考

REF3320 是 TI 的低功耗精密電壓基準(zhǔn)之一。REF33xx 系列的最大優(yōu)勢(shì)是其典型的 3.9μA 低電源電流要求以及在活動(dòng)時(shí)為 ADC 或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 提供和吸收高達(dá) 5mA 的能力。這使得 REF3320 在系統(tǒng)采樣時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功耗的影響非常小，如圖 2 所示。

圖 2：總功耗開(kāi)銷示例（估計(jì)百分比）

REF33xx 系列還提供 1.25V（REF3312）和 3.3V（REF3333）之間的低電壓選項(xiàng)，使使用紐扣電池的應(yīng)用受益。這些輸出電壓通過(guò)選擇足夠的電壓參考以利用完整的滿量程信號(hào)，為您提供了充分利用 ADC 的靈活性。更高的輸出電壓還使您可以靈活地為依賴 AVDD 作為電壓基準(zhǔn)的超低功耗 ADC 供電，例如ADS7042 。

低Iq可能有多種方式

除了 REF33xx 系列之外，TI 的大型低功耗電壓基準(zhǔn)產(chǎn)品系列還包括多個(gè)選項(xiàng)。對(duì)于需要絕對(duì)最低功耗進(jìn)行調(diào)節(jié)的某些應(yīng)用，1.25V REF1112在小型封裝中的典型功耗為 1μA，使其成為 TI 的最低功耗電壓基準(zhǔn)。

但是還有更多方法可以節(jié)省電量。一種這樣的方法是使用 REF3425 的使能功能來(lái)限制器件處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)的功耗。這是 TI REF3425 的一個(gè)特性，它是一款高精度電壓基準(zhǔn)，可在關(guān)斷模式下實(shí)現(xiàn) 2.5μA 的 Iq。還可以使用負(fù)載開(kāi)關(guān)來(lái)關(guān)閉系統(tǒng)的各個(gè)部分以降低 Iq，從而進(jìn)一步降低血糖監(jiān)測(cè)器的待機(jī)電流。圖 3 顯示了幾種流行的低功耗電壓基準(zhǔn)的功耗。 

圖 3：幾個(gè) TI 電壓基準(zhǔn)的典型 Iq

1.5mm×1.5mm UQFN 電壓基準(zhǔn)

REF3320 或 REF1112 還在連續(xù)采樣低功率監(jiān)測(cè)器中大放異彩，例如氣體分析儀、個(gè)人輻射探測(cè)器和煙霧探測(cè)器。這些低功耗應(yīng)用每分鐘連續(xù)采樣（多達(dá)數(shù)百個(gè)樣本），同時(shí)仍保持小電池和外形尺寸。例如，由于輻射探測(cè)器的溫度條件惡劣，REF3320 在 -40°C 至 125°C 范圍內(nèi)具有 30ppm/°C 的低溫漂，可確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的參考。此外，REF3320 采用小尺寸 1.5mm x 1.5mm UQFN 封裝，如圖 4 所示。這種小尺寸還使您可以靈活地添加無(wú)源元件以進(jìn)行額外的噪聲過(guò)濾，并且體積仍然較小比典型的 SOT23-3 封裝。

圖 4：采用 UQFN 封裝的 REF33xx 系列

不要強(qiáng)迫自己在低系統(tǒng)功耗和高系統(tǒng)精度之間做出選擇，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)添加低功耗電壓基準(zhǔn)（如 REF3320 或 REF1112）來(lái)提高 ADC 和 DAC 精度。