我們的設(shè)計(jì)功耗出現(xiàn)問題，究竟在哪里？

幾乎每個(gè)設(shè)計(jì)工程師都說他或她有“電源問題”。我明白了——但有時(shí)你必須進(jìn)一步調(diào)查才能找出電源問題的本質(zhì)。平時(shí)我們在做產(chǎn)品的時(shí)候，基本的功能實(shí)現(xiàn)很簡單，但只要涉及低功耗的問題就比較棘手了，比如某些可以低到微安級的MCU，而自己設(shè)計(jì)的低功耗怎么測都是毫安級的，電流竟然能夠高出標(biāo)準(zhǔn)幾百到上千倍，遇到這種情況千萬不要怕，只要認(rèn)真你就贏了。下邊咱們仔細(xì)分析一下這其中的原因。

我將功耗問題分為兩大類：那些沒有太多可用功耗的人——當(dāng)然，能量收集是一個(gè)極端的例子——以及那些可以在需要時(shí)從他們的源頭獲得更多功耗的人，但他們的主要問題是熱量和防止他們的系統(tǒng)過熱。

雖然這兩個(gè)群體都有權(quán)力問題，但他們處理的方法當(dāng)然是完全不同的。電源受限組關(guān)注超低功耗部件、睡眠和喚醒模式，以及各種巧妙的電源管理技術(shù)。受熱挑戰(zhàn)的人們當(dāng)然會(huì)尋求低功率部件和操作，但也尋求散熱技術(shù)，包括傳導(dǎo)、對流和輻射，包括散熱器、冷板、風(fēng)扇，有時(shí)甚至是更具侵略性的方法。

很多時(shí)候，熱組還存在評估局部熱點(diǎn)與整體溫度的問題。說我們的盒子在低于允許的最高溫度時(shí)保持足夠涼爽是一回事。然而，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證沒有一個(gè)單獨(dú)的組件——尤其是 IC、MOSFET、電阻器和電池——沒有超過最大值是另一回事。

當(dāng)我們的布局使用 PC 板的銅層作為冷卻介質(zhì)時(shí)，問題就很復(fù)雜了。如果我們閱讀了一些數(shù)據(jù)表和應(yīng)用說明，有些人會(huì)假設(shè)我們可能有四到六平方英寸的銅用于對該 IC 進(jìn)行散熱。通常情況下，相鄰組件相距幾毫米的設(shè)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)這種情況，每個(gè)組件都希望有一些冷卻 PCB 銅可以稱為自己的。兩個(gè)（或更多）組件不能相互交談并就如何共享寶貴的資源達(dá)成一致，不是嗎？

某些情況下，這可能引起閂鎖之類的狀況，即器件持續(xù)汲取過大電流，最終燒毀?？梢哉f，這個(gè)問題較容易發(fā)現(xiàn)和解決，因?yàn)檠矍暗钠骷诿盁煟C據(jù)確鑿。我的客戶報(bào)告的問題則更難對付，因?yàn)楫?dāng)您在實(shí)驗(yàn)室的涼爽環(huán)境下進(jìn)行測試時(shí)，它沒什么問題，但送到現(xiàn)場時(shí)，就會(huì)引起很大麻煩。

現(xiàn)在我們知道了問題的根源，顯而易見的解決辦法是將所有未使用輸入驅(qū)動(dòng)到有效邏輯電平（高或低）。然而，有一些細(xì)微事項(xiàng)需要注意。我們再看幾個(gè)CMOS輸入處理不當(dāng)引起麻煩的情形。我們需要擴(kuò)大范圍，不僅考慮徹底斷開/浮空的輸入，而且要考慮似乎連接到適當(dāng)邏輯電平的輸入。

如果只是通過電阻將引腳連接到供電軌或地，應(yīng)注意所用上拉或下拉電阻的大小。它與引腳的拉/灌電流一起，可能使引腳的實(shí)際電壓偏移到非期望電平。換言之，您需要確保上拉或下拉電阻足夠強(qiáng)。

如果選擇以有源方式驅(qū)動(dòng)引腳，務(wù)必確保驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度對所用的CMOS負(fù)載足夠好。若非如此，電路周圍的噪聲可能強(qiáng)到足以超過驅(qū)動(dòng)信號(hào)，迫使引腳進(jìn)入非預(yù)期的狀態(tài)。

低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致活，要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，做到每添加一個(gè)功能都要重新驗(yàn)證一下低功耗是否符合要求，這樣就可以隨時(shí)隨地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都設(shè)計(jì)好了才去考慮低功耗的問題，一個(gè)不小心，就可能要更改程序的架構(gòu)——即便如此也不一定能把功耗給徹底降下去。