僅需一只管腳的極低功耗電壓基準(zhǔn)

電源軌一般用于為微控制器的電壓基準(zhǔn)源供電。在功率關(guān)鍵的電池供電應(yīng)用中，即使持續(xù)數(shù)10s的毫安級(jí)電流也是被禁止的。這種情況下，需要增加一個(gè)用于控制基準(zhǔn)電壓通斷的管腳。通過(guò)與電壓基準(zhǔn)源并聯(lián)一個(gè)0.1μF電容，并使用一個(gè)可從本設(shè)計(jì)實(shí)例在線版上下載的簡(jiǎn)單軟件，只需要一個(gè)管腳就可以同時(shí)完成基準(zhǔn)電壓的供電與讀取任務(wù)。

 

圖1，一個(gè)電壓基準(zhǔn)與一只電容為微控制器提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓。

　　當(dāng)如圖1連接電壓基準(zhǔn)時(shí)，軟件將Microchip公司PIC芯片的VREF（基準(zhǔn)電壓）管腳配置成一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的輸出端。經(jīng)過(guò)約300μs后，電容上的電壓穩(wěn)在1.225V。

　　ZXRE4041上電時(shí)存在著一個(gè)初始過(guò)沖。然后，該管腳被配置為一個(gè)ADC基準(zhǔn)電壓源的模擬輸入。當(dāng)ZXRE4041斷電時(shí)，在下一個(gè)50μs中，基準(zhǔn)電壓會(huì)快速掉落20mV。有了0.1μF電容，因?yàn)橛行孤?，電壓?huì)在2ms時(shí)間上緩慢跌落60mV。雖然這個(gè)延遲是指數(shù)性的，但速率很低，從實(shí)用角度說(shuō)，可以認(rèn)為在這個(gè)短的時(shí)間窗口內(nèi)它是線性的。

　　另外還要考慮到，在轉(zhuǎn)換期間，ADC會(huì)通過(guò)10kΩ電阻消耗電流，造成壓降。雖然Microchip公司并未在自己的文檔中給出這個(gè)壓降的特性，但通過(guò)對(duì)多款器件80mV壓降的測(cè)試，得到了一個(gè)6.67μA的計(jì)算電流值。采用傳統(tǒng)的內(nèi)部4MHz時(shí)鐘，并將ADC振蕩時(shí)鐘頻率除以16，用于最低工作電壓的運(yùn)行，一次變換要用45μs。這個(gè)動(dòng)作略微消耗了電容電量，但這種消耗大約只有2mV或3mV。用初始瓦秒減去用掉的瓦秒，就得到了較低的值。從初始穩(wěn)態(tài)的1.225V減去這些固定、可重復(fù)的損耗，就得到了一個(gè)新的基準(zhǔn)電壓，即1.225VREF–0.02V關(guān)機(jī)壓降–0.080 IR降=1.145V。

　　用75μs做模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)數(shù)值，并在另外一個(gè)通道設(shè)置下一個(gè)轉(zhuǎn)換，11次轉(zhuǎn)換就可以得到低至22.5mV的最后一個(gè)基準(zhǔn)電壓，即：10×75μs×(60mV/2000μs)。與第一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果相比，誤差只有1.9%。

　　如果你只需要為某種消費(fèi)產(chǎn)品提供一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷?，例如低電池電壓警告，則可以用一支LED，而不必用ZXRE4041。只要將R1的值改為300Ω，就能提供足以點(diǎn)亮LED的電流。雖然LED沒(méi)有專用電壓基準(zhǔn)芯片的溫度穩(wěn)定性，但對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)這種變動(dòng)是能夠接受的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)消費(fèi)產(chǎn)品的使用都在人類的舒適范圍內(nèi)。如果LED已是系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，則電壓基準(zhǔn)的成本就只剩下軟件了。采用這種技巧，現(xiàn)在可以用LED提供狀態(tài)指示燈、光電探測(cè)器和電壓基準(zhǔn)功能，只需要用軟件重新配置變動(dòng)，就可以進(jìn)入一種零功率狀態(tài)。