低功耗系统设计

第1章 低功耗系统设计的一般原则

1.1 集成电路的功耗

1.1.1 CMOS倒相器的传输特性

1.1.2 开关功耗

1.1.3 短路功耗

1.1.4 冒险功耗

1.1.5 静态功耗

1.2 降低微处理器的功耗

1.2.1 选择低功耗的微处理器

1.2.2 降低供电电压和时钟频率

1.2.3 选择合适的总线宽度

1.2.4 设计低功耗的接口电路

1.2.5 选取不同工作模式

1.2.6 关闭不需要的外设控制器

1.2.7 控制微处理器的供电

1.3 降低外围器件的功耗

1.3.1 SDRAM

1.3.2 NOR Flash

1.3.3 RS 232 C接口

1.3.4 以太网接口

1.4 选择低功耗的电源供给电路

1.4.1 线性稳压电路

1.4.2 DC DC电路

1.5 软件低功耗设计

1.5.1 编译优化

1.5.2 指令排序

1.5.3 常用的降低软件功耗的方法

第2章 低功耗微控制器电路设计

2.1 选择低功耗的微控制器

2.1.1 低功耗8位PIC单片机系列

2.1.2 意法半导体（ST）超低功耗8位MCU系列

2.1.3 16位超低功耗 MCU MSP430FG4270

2.1.4 意法半导体（ST）32位超低功耗微控制器

2.1.5 超低功耗的32位AVR UC3L微控制器

2.1.6 低功耗精密模拟微控制器ADuC7060/ADuC7061

2.2 PIC单片机的低功耗设计

2.2.1 纳瓦技术和nanoWatt XLP 技术

2.2.2 深度休眠模式

2.2.3 休眠模式

2.2.4 空闲和打盹模式

2.2.5 时钟切换

2.2.6 关闭外部电路/控制占空比

2.2.7 功耗预算

2.2.8 合理配置端口引脚

2.2.9 在I/O引脚使用高阻抗值上拉电阻

2.2.1 0降低器件的工作电压

2.2.1 1使用外部电源为CPU内核供电

2.2.1 2备用电池的使用

2.2.1 3双速驱动

2.2.1 4使用内部RC振荡器

2.2.1 5使用外设模块禁止（PMD）位

2.2.1 6低功耗Timer1振荡器的使用

2.2.1 7使用LVD来检测电池低电量

2.2.1 8使用外设FIFO和DMA

2.2.1 9使用超低功耗唤醒外设

2.3 STM8单片机的低功耗设计

2.3.1 影响器件功耗的主要因素

2.3.2 STM8单片机的电源系统

2.3.3 STM8单片机的时钟管理

2.3.4 STM8单片机的运行模式和低功耗模式

2.3.5 功耗测量的设置

2.3.6 运行模式下的功耗

2.3.7 等待模式下的功耗

2.3.8 活跃停机模式下的功耗

2.3.9 停机模式下的功耗

2.3.1 0功耗管理的一般性原则

2.4 Blackfin嵌入式处理器的低功耗设计

2.4.1 Blackfin处理器简介

2.4.2 Blackfin处理器的内部功耗

2.4.3 Blackfin处理器的外部功耗

2.4.4 Blackfin处理器实时时钟的功耗

2.4.5 Blackfin处理器的总功耗

2.4.6 Blackfin处理器的时钟频率控制

2.4.7 Blackfin处理器的工作模式转换

2.4.8 片内外设控制

2.4.9 内核电压控制

2.4.1 0采用外部开关电源为Blackfin处理器供电

2.5 系统基础芯片（SBC）的低功耗设计

2.5.1 TLE7810简介

2.5.2 SBC集成的外设控制

2.5.3 SBC睡眠模式（Sleep Mode）

2.5.4 SBC停止模式（Stop Mode）

2.5.5 TLE7810低功耗应用例

2.6 38D2系列单片机的低功耗设计

2.6.1 38D2系列单片机特性

2.6.2 38D2系列单片机的低功耗设计技巧

2.6.3 38D2系列单片机的引脚端连接

2.7 STM32的硬件设计

2.7.1 消除影响ADC精度的因素

2.7.2 PCB的设计

2.7.3 VDD与VDDA的处理

2.7.4 低功耗模式的选择

2.7.5 I/O引脚的处理

2.7.6 STM32振荡器电路设计

第3章 低功耗微控制器外围电路设计

3.1 采用低功耗微控制器的微处理器监控电路

3.1.1 采用MAXQ3210构成的微处理器监控电路

3.1.2 使用MAXQ3210为微处理器供电

3.1.3 复位和电源监控

3.1.4 设置唤醒定时器

3.1.5 设置看门狗复位

3.1.6 注意两个器件的I/O电平

3.2 低功耗微处理器的上电复位电路

3.2.1 上电复位(POR)的时序

3.2.2 确定单电源处理器的POR门限电压

3.2.3 确定双电源处理器的POR门限电压

3.2.4 手动复位

3.2.5 分立的POR和处理器内置的POR

3.2.6 电源失效和欠压信号

3.2.7 电压排序和电压跟踪

3.2.8 复位顺序

3.3 低功耗看门狗

3.3.1 看门狗定时器

3.3.2 热看门狗

3.4 超低功耗微处理器监控电路

3.5 便携式微处理器内核的供电

3.5.1 DC-DC转换器对负载阶跃的响应

3.5.2 DC-DC转换器增加电压定位功能

3.5.3 等效效率

3.6 SDRAM的功耗优化设计

3.6.1 连接SDRAM到Blackfin处理器

3.6.2 SDRAM的 PCB布局

3.6.3 降低SDRAM功耗的技巧

第4章 低功耗接口与控制电路设计

4.1 低功耗接口电路设计

4.1.1 1Mbps低功耗RS232收发器

4.1.2 高速/全速USB 2.0开关

4.1.3 低功耗高速CAN收发器

4.1.4 低功耗LVDS多媒体接口

4.2 低功耗隔离电路设计

4.2.1 电路隔离的必要性

4.2.2 常用的电路隔离技术

4.2.3 隔离器的技术特性

4.2.4 低功耗的电容耦合隔离电路

4.2.5 低功耗的磁耦合数字隔离电路

4.2.6 USB 电缆隔离电路

4.3 低功耗触摸屏控制器与触摸开关电路设计

4.3.1 低功耗电容式触摸传感器控制电路

4.3.2 低功耗触摸屏数字转换器电路

4.3.3 低功耗触摸屏控制器电路

4.3.4 低功耗4线电阻触摸屏控制器电路

4.3.5 低功耗单通道电容式触摸按键电路

4.3.6 低功耗STouch触摸传感器控制电路

4.4 低功耗继电器驱动电路设计

4.4.1 具有节电模式的继电器驱动电路

4.4.2 利用模拟开关降低继电器的功耗

第5章 低功耗ADC电路设计

5.1 低功耗12位ADC

5.1.1 基于12位ADC的低功耗温度测量电路

5.1.2 基于12位ADC的低功耗信号调理电路

5.2 低功耗16位Δ型ADC

5.2.1 基于16位Δ型ADC型的低功耗温度测量电路

5.2.2 基于16位Δ型ADC型的低功耗信号调理电路

5.3 12位低功耗双核1Msps的ADC

5.4 16位 125/105/80Msps 1.8 V低功耗ADC

5.5 16位 20/40/65/80Msps 1.8 V 双通道低功耗ADC

5.6 12位 65Msps 8通道低功耗ADC

5.7 16位250ksps微功耗ADC（一）

5.8 16位250ksps微功耗ADC（二）

5.9 10位超低功耗单/双通道全差分ADC

5.1 0低功耗500ksps单通道/双通道12位ADC

5.1 13V双通道8位低功耗ADC

5.1 1.1 QAM的基本结构

5.1 1.2 输入耦合电路

5.1 1.3 外部基准电压电路

5.1 1.4 共模电压的设置

5.1 2低功耗24位4通道同时采样可级联的Δ ADC

5.1 316位/14位高精度低功耗4/6/8通道SAR ADC

5.1 3.1 多通道同时采样数据采集系统

5.1 3.2 三相电力线监测系统

5.1 4低功耗双通道8位130Msps ADC

5.1 58/16通道12位65Msps低功耗 ADC

5.1 6基于低功耗ADC的电子秤设计

5.1 6.1 称重传感器的结构与要求

5.1 6.2 电子秤系统结构与要求

5.1 6.3 为电子秤选择最佳的ADC

5.1 6.4 基于20位Δ型ADC的电子秤设计

5.1 6.5 基于24位Δ型ADC的电子秤设计

5.1 6.6 基于24位Δ型ADC的精密电子秤设计

5.1 6.7 基于24位Δ型ADC的精密电子秤设计

5.1 6.8 基于3通道24位Δ型ADC的精密电子秤设计

第6章 低功耗DAC电路设计

6.1 32通道14位电压输出低功耗DAC

6.1.1 32通道可编程电压输出电路

6.1.2 32通道监控电路

6.2 低功耗16位环路供电型420mA DAC

6.3 低功耗14位宽带串行接口乘法DAC AD5446

6.3.1 AD5444/AD5446的典型应用电路

6.3.2 高精度可编程电流源电路

6.4 16位低功耗DAC

6.4.1 正电压输出电路

6.4.2 双极性电压输出电路

6.4.3 高精度可编程电流源电路

6.5 16位双通道并行输入电流输出低功耗DAC

6.5.1 精密双极性数据转换电路

6.5.2 精密单极性同相数据转换电路

6.5.3 精密单极性反相数据转换电路

6.6 低功耗12/14/16位缓冲电压输出DAC

6.6.1 双极性电压输出电路

6.6.2 可编程420mA过程控制器电路

6.6.3 低功耗的DDS幅度控制电路

6.7 低功耗16位缓冲电压输出DAC

6.7.1 双极性电压输出电路

6.7.2 可编程420mA过程控制器电路1

6.7.3 可编程420mA过程控制器电路2

6.7.4 16位全隔离420mA电流输出模块

6.7.5 16位全隔离电压输出模块

6.8 功耗低于4mW的DAC

第7章 基于SoC的低功耗数据采集系统设计

7.1 三相多功能电能计量IC

7.2 12位100ksps低功耗数据采集系统（DAS）

7.2.1 精密定位电路

7.2.2 桥式传感器测量电路

7.3 低功耗多功能多相AFE

7.3.1 电气参数测量电路

7.3.2 低功耗测量模式与停止模式的使用

7.4 智能数据采样系统

7.4.1 16位智能数据采样系统

7.4.2 12/16位智能数据采样系统

第8章 低功耗放大器电路设计

8.1 单电源OP电路设计应考虑的问题

8.1.1 输入级和输出级

8.1.2 失调电压和输入偏置电流

8.1.3 增益与负载的关系

8.1.4 摆率、开环增益与输出摆幅

8.1.5 噪声

8.1.6 失真

8.1.7 正确地为单电源运算放大器电路提供退耦

8.1.8 为单电源运算放大器电路提供负电源

8.2 微功耗零漂移轨至轨输出的运算放大器

8.2.1 双向电流检测放大器电路

8.2.2 高增益精密直流耦合放大器

8.3 1.8 V 330nA低功耗运算放大器

8.4 零漂移低噪声低功耗运算放大器

8.4.1 传感和检测系统对OP精度的要求

8.4.2 桥式传感器放大和ADC输入匹配电路

8.5 低功耗自动调零运算放大器

8.5.1 输入端保护和电源退耦电路

8.5.2 同相和反相放大器电路

8.5.3 差分放大器电路

8.5.4 同相差分放大器电路

8.5.5 桥式传感器放大电路

8.5.6 RTD 传感器放大电路

8.5.7 K型热电偶传感器放大电路

8.5.8 失调电压校正电路

8.5.9 高精度比较器电路

8.5.1 0低功耗热电偶测量电路

8.6 1.8 V2.9 μA 90kHz轨到轨运算放大器

8.6.1 电池电压监测电路

8.6.2 窗口比较器

8.6.3 单极性信号链配置电路

8.6.4 桥式传感器放大电路

8.6.5 电流监测电路

8.6.6 两运算放大器构成的差分放大器电路

8.6.7 气体传感器放大电路

8.7 微功耗精密零漂移 CMOS 运算放大器

8.7.1 K型热电偶温度测量电路

8.7.2 单OP桥式传感器放大器电路

8.7.3 电流监测电路

8.7.4 热敏电阻测量电路

8.7.5 仪表放大器电路

8.7.6 单电源低功耗的ECG放大器电路

8.8 8通道超低功耗低噪声前置放大器

8.9 400μA高速运算放大器

8.1 01.5 V 11μA低功耗运算放大器

8.1 1低功耗RF驱动放大器

8.1 220μA低功耗轨到轨输入/输出运算放大器

8.1 2.1 脉搏血氧仪电流源电路

8.1 2.2 四阶低通Butterworth滤波器

8.1 3微功率轨对轨输入与输出运算放大器

8.1 4低功耗单位增益差动放大器

8.1 4.1 仪表放大器电路

8.1 4.2 差分输出的仪表放大器电路

8.1 4.3 差分放大器电路

8.1 4.4 精密电流源电路

8.1 5驱动高速ADC的50mW差分放大器

8.1 5.1 应用电路形式

8.1 5.2 ADC驱动电路

8.1 6低功耗高速全差动放大器

8.1 6.1 应用电路形式

8.1 6.2 24位216kHz采样四通道音频ADC驱动电路

8.1 6.3 24位八通道144kHz -Δ ADC驱动电路

8.1 6.4 16位高速微功耗ADC驱动电路

8.1 71.5 GHz电流反馈差分放大器

8.1 7.1 单端输入差分输出的ADC驱动电路

8.1 7.2 AC耦合输入电路

8.1 7.3 105 Msps 14位ADC驱动电路

8.1 8750MHz差分ADC驱动器

8.1 92.2 GHz高速差分ADC驱动器

8.2 0电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器电路

8.2 0.1 用于电压输出DAC的单端差分转换器电路

8.2 0.2 用于电流输出DAC的单端差分转换器电路

8.2 1低功耗差分视频接收器电路

8.2 240μA超低功耗仪表放大器

8.2 2.1 应用电路形式

8.2 2.2 应用中应注意的一些问题

8.2 2.3 具有高通滤波器特性的放大器电路

8.2 2.4 低功耗心率监测电路

8.2 350μA低功耗仪表放大器

8.2 3.1 应用电路形式

8.2 3.2 输出电压偏移调节电路

8.2 3.3 提供输入共模电流通道

8.2 3.4 单电源桥式传感器电路

8.2 3.5 心电（ECG）放大器电路

8.2 4低功耗低成本可编程增益仪表放大器电路

8.2 5微功耗单电源满摆幅精密仪表放大器电路

第9章 低功耗比较器电路设计

9.1 比较器的选择

9.1.1 比较器的性能指标

9.1.2 可选择的比较器类型

9.1.3 比较器的典型应用

9.2 微功耗比较器

9.2.1 微功耗精密电池低电压检测电路

9.2.2 精密高温开关电路

9.2.3 环境温度监测用温度控制窗口检测器

9.2.4 双低端电流监测电路

9.2.5 自动关机电源电路

9.3 低电压低功耗上拉输出的比较器

9.4 低功耗高速单电源OP+比较器+电压基准

9.4.1 报警和检测器用的无线电接收器

9.4.2 用于遥控和数据链前端的红外线接收器

9.4.3 精密三角波发生器

9.5 1.8 V纳安级功耗超摆幅比较器

9.5.1 过零检测器电路

9.5.2 逻辑电平转换器

9.6 利用低功耗比较器自动检测插入附件

9.6.1 插孔检测

9.6.2 耳机检测

9.6.3 压簧开关检测

第10章 低功耗滤波器电路设计

10.1 低功耗的开关电容滤波器

10.1.1 低通滤波器的频域特性

10.1.2 低功耗5阶低通滤波器

10.1.3 低功耗8阶低通滤波器

10.2 低噪声低失真有源RC四通道通用滤波器

10.2.1 175kHz 8阶 Elliptic高通滤波器

10.2.2 100kHz 8阶带通滤波器

10.2.3 200kHz 9阶Elliptic低通滤波器

10.3 功耗可控的双通道10MHz 低通滤波器

10.3.1 低通滤波器电路

10.3.2 16位差分ADC驱动电路

10.4 利用数字电位器实现数控低通滤波器

10.4.1 数控低通滤波器结构

10.4.2 数字电位器的选择

10.4.3 运算放大器的选择

10.5 低功耗8极点SallenKey Butterworth低通滤波器

10.5.1 8极点低通滤波器电路结构

10.5.2 8极点低通滤波器频率响应

参考文献

电路与系统的低功耗设计一直都是电子工程技术人员设计时需要考虑的重要因素。《电子工程技术丛书·低功耗系统设计：原理、器件与电路》共分为10章，介绍了低功耗系统设计的一般原则、低功耗微控制器电路设计、低功耗微控制器外围电路设计、低功耗接口与控制电路设计、低功耗ADC和DAC电路设计、低功耗数据采集系统设计、低功耗放大器电路设计、低功耗比较器电路设计、低功耗滤波器电路设计。
《电子工程技术丛书·低功耗系统设计：原理、器件与电路》内容丰富，叙述详尽清晰，图文并茂，通过大量的设计实例说明低功耗系统设计中的一些技巧与方法，以及应该注意的问题，工程性好，实用性强。
《低功耗系统设计—原理、器件与电路》可以作为电子工程技术人员进行低功耗系统设计的参考书，或作为本科院校和高职高专电子信息工程、通信工程、自动化、电气、计算机应用等专业学习低功耗系统设计的教材，也可以作为全国大学生电子设计竞赛的培训教材。

电路和系统的低功耗设计一直都是电子工程技术人员设计时需要考虑的重要因素。
《电子工程技术丛书·低功耗系统设计：原理、器件与电路》着重介绍：
低功耗系统设计的一般原则
低功耗微控制器外国电路设计
低功耗ADC和DAC电路设计
低功耗放大器电路设计
低功耗滤波器电路设计
低功耗微控制器电路设计
低功耗接口与控制电路设计
低功耗数据采集系统设计
低功耗比较器电路设计