用于超低功耗實(shí)施的 PDS 設計

2021-07-23

用于超低功耗實(shí)施的 PDS 設計

在低功耗實(shí)現方面，產(chǎn)品的特點(diǎn)是很少有高電流選項，尺寸小，針對電源管理進(jìn)行了優(yōu)化，并且電池需要盡可能長(cháng)的使用時(shí)間。符合這些標準的產(chǎn)品范圍很廣，包括但不限于智能手機、智能手表、遠程監控設備和醫療設備等。

在 PDS 設計和電源管理方面，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計高效的 PDS、管理功耗和延長(cháng)電池壽命。在某些產(chǎn)品實(shí)施中，例如遠程監控設備，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 設計的演變、與功率流向相關(guān)的挑戰以及電感和電阻對性能下降的影響，是開(kāi)始探索的好地方電力輸送系統。

如此小的產(chǎn)品中的如此多的功能

以小尺寸實(shí)現的智能技術(shù)在我們的日常生活中變得如此普遍，以至于我們在沒(méi)有它時(shí)很難想象。而且，這些設備中包含的技術(shù)的發(fā)展和復雜性得到了突飛猛進(jìn)的改進(jìn)，以至于我們在實(shí)施和操作我們變得如此依賴(lài)的各種產(chǎn)品功能方面變得傲慢。

例如，當您將手機從垂直旋轉到水平以使屏幕保持對齊時(shí)，就會(huì )發(fā)揮作用的技術(shù)就是我們過(guò)去所說(shuō)的超級計算機。智能手機中有很多功能——幾個(gè)收音機、一個(gè)或多個(gè)攝像頭、屏幕、內部處理器和內存——會(huì )消耗電力，這使得管理所有不同的電力區域成為一項挑戰。重要的是要記住，設備中的每個(gè)電源軌都有一個(gè) PDS，而智能手機中擁有 15-20 個(gè) PDS 的情況并不少見(jiàn)。

因此，PCB 設計師的主要工作歸結為弄清楚如何在板上為每個(gè)電源軌提供足夠的區域，以及如何在開(kāi)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構，沒(méi)有空間將平面電容作為管理 PDS 的一種方式。所有電容都直接內置于 IC 中。實(shí)際上，開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品所需的設計專(zhuān)業(yè)知識已經(jīng)變得非常專(zhuān)業(yè)，與傳統的 PCB 設計大不相同。

能源管理

因此，我們考慮了超低功耗產(chǎn)品的兩個(gè)參數——在非常小的空間中提供大量功能以及在任何一個(gè)設備中包含多個(gè) PDS。在電源管理方面，手機的架構使得當某個(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。

作為設計師，您必須弄清楚如何管理手機中的所有主要用電設備，以便它們在正確的時(shí)間關(guān)閉和打開(kāi)。在大多數智能手機中，耗電量最大的是收音機。上傳視頻、圖片、大量數據等時(shí)，收音機一直開(kāi)著(zhù)，耗電高。在中低功耗范圍內，有文本消息和簡(jiǎn)單數據文件的上傳。在用電量的極低端是在您的移動(dòng)設備和持續監控您的位置的手機信號塔之間發(fā)生的“ping”。從本質(zhì)上講，您的手機只有在完全關(guān)機時(shí)才在某種程度上不耗電。

電池保護

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(cháng)。對于智能手機而言，電池壽命是一項重要特性，但對于遠程監控設備等其他產(chǎn)品，節能是絕對必要的。此類(lèi)產(chǎn)品的一個(gè)示例是夾在大傳輸線(xiàn)上的電力線(xiàn)監視器。在大多數情況下，這些設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(lèi)型錯誤，它們可能會(huì )泄漏，并且電池的放電速度會(huì )比預期的要快得多。 

理論上，電容器應該是完美的絕緣體。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 )出現幾微安培的泄漏或導致那么多問(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準。

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，因此它們不是遠程監視器等超低功耗應用的默認選擇項。確定您選擇的電容器是否“防漏”的最佳方法是閱讀設備的應用說(shuō)明。如果未明確說(shuō)明泄漏電阻，最好尋找專(zhuān)門(mén)標識為此類(lèi)的電容器。

超低功耗設備的 PDS 要求與標準 PCB 實(shí)現有很大不同。這些設備的特點(diǎn)是外形小巧、高效的 PDS 設計和消除任何潛在的電源消耗源。