超低能耗電子電路系統(tǒng)設(shè)計原則

廖明浩 重慶交通大學(xué)

引言：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，為了產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更重視低能耗產(chǎn)品的研發(fā)。在超低能耗的電子電路系統(tǒng)更是成為了研究的重點方向。超低能耗的電子電路系統(tǒng)的設(shè)計中，包括了處理器，電子器件，單片機，放大器，液晶顯示屏等等的使用。超低能耗電子電路系統(tǒng)中有很大的挑戰(zhàn)，但是對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說也是不可多得的機遇。

1.電子電路系統(tǒng)能耗影響分析

超低能耗電子電路系統(tǒng)的研發(fā)中，逐漸在電子電路專業(yè)中越來越受到重視。傳統(tǒng)的電子電路系統(tǒng)中功耗主要受到以下幾點的影響。

首先，電子電路系統(tǒng)中的功耗大小的判斷中，主要是以電路為基礎(chǔ)進行研究。在超低功耗電子電路的設(shè)計研究中，應(yīng)該先分析電子電路單元電路的能耗大小。在傳統(tǒng)的單片機的耗能和休眠電量來看，是超低能耗電子電路系統(tǒng)中的10倍。集成電路的能耗主要和工作頻率，工作電流，電源電壓等等有關(guān)系。在負載器件和寄生元件中，都會產(chǎn)生一定程度的功耗。在電阻上的功耗也是不可避免的。采用超低能耗的電子元件，主要還是以減少為目的。

其次，在集成電路中，靜態(tài)和動態(tài)都會造成功耗。靜態(tài)功耗主要是因為電源電壓的耗費。靜態(tài)電流就是流向電路內(nèi)部的電流。所以電源電壓通常也是對于電路靜態(tài)的功耗大小的判斷。

最后，集成電路中的動態(tài)能耗主要是以電容充放電功耗為主要形式。隨著輸出電容的充放電過程中，電路的輸出也存在著起伏、波動。電子電路系統(tǒng)中的動態(tài)功耗也是一種瞬時功耗，是在轉(zhuǎn)換信號的過程中產(chǎn)生的。

2.低耗能電子電路系統(tǒng)設(shè)計原則

經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展下，需要改進原本傳統(tǒng)的超低能耗電子元件。在研究的推動下，各種各樣的超低能耗的電子元件如同雨后春筍一般層出不窮。所以在超低能耗的電子電路的選擇中，應(yīng)該采用新型的超低能耗型IC。

2.1 處理器選擇

在超低耗能電子電路中，對重要的就是采用微處理器MCU的選擇?，F(xiàn)今很多廠家都已經(jīng)研制出超低耗能產(chǎn)品，為了增強產(chǎn)品的競爭力，必須在微處理器中降低能耗。單片機是在低電壓和低頻率的環(huán)境下工作的，所以使用單片機就是很好的超低耗能系統(tǒng)設(shè)計的選擇。超低耗能的產(chǎn)品選擇的單片機要注意單片機是否專門為了超低耗能電子電路設(shè)計的。單片機的休眠模式有幾種，在電子電路設(shè)計中要充分考慮到電源電壓、休眠時候單片機的電流量、工作時候的電流量等等。

2.2 電子元件選擇

電子電路系統(tǒng)的設(shè)計中，不僅僅依靠單片機處理器，還需要采用低耗能的電子元件。在核心處理器超低耗能的同時，需要讓外圍器件也具有超低耗能設(shè)計。IC器件的選擇上，應(yīng)該通過模擬電子電路系統(tǒng)，來找到耗能最低的組合。

2.3 供電管硬件選擇

供電管硬件是對電子電路的供電管理。在多分支的網(wǎng)絡(luò)電源中，需要對不同的模塊進行供電。在供電的之余，不工作的時候可以停止供電。這樣就可以實現(xiàn)低能耗。供電控制的時候，可以進行可關(guān)斷模式，電源總開關(guān)模式，選擇控制模式等等。在對各個模塊獨立供電的時候，采用電阻小，開關(guān)速度快，靜電少的供電管硬件，更符合超低能耗電子電路的設(shè)計原理。在供電硬件的選擇上，更應(yīng)該重視品質(zhì)問題。因為經(jīng)常會出現(xiàn)供電系統(tǒng)中漏電的現(xiàn)象。在供電系統(tǒng)中的漏電主要有幾個原因造成，電源泄露，保護電路泄露，分支電路泄露，意外泄露等等。在電源開斷的同時，供電系統(tǒng)需要管理電路系統(tǒng)，在保證安全無泄露的情況下，將能耗降到最低。

2.4 電子電路系統(tǒng)的運行管理

在電子電路的運行系統(tǒng)中，應(yīng)該重點強調(diào)軟件和硬件的相配合的管理。軟件和硬件的配合中，可以消除程序運行的多余環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)進入休眠的時候，單片機可以馬上調(diào)整到低能耗狀態(tài)。同時對運行系統(tǒng)的時鐘有一個準(zhǔn)確的控制，以選擇一個較為穩(wěn)定的工作平衡。時鐘選擇較低的工作頻率的時候，可以和外圍模塊的低能耗的控制功能相結(jié)合。

3 結(jié)束語

在科技水平的提高下，出現(xiàn)了越來越多的新型材料可以運用再電子電路系統(tǒng)的設(shè)計中。在集成電路中，采用的電源電壓，電子線路，單片機，負載都會嚴(yán)重影響能耗問題。所以在電子電路的設(shè)計中，應(yīng)該及時考慮到這些因素，盡量優(yōu)化硬件設(shè)計，實現(xiàn)超低能耗的目標(biāo)。設(shè)計中應(yīng)該遵循基本設(shè)計原則，設(shè)計出簡潔、優(yōu)化的電子電路系統(tǒng)。

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