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技術(shù)專題
用于超低功耗實施的 PDS 設(shè)計
用于超低功耗實施的 PDS 設(shè)計
在低功耗實現(xiàn)方面，產(chǎn)品的特點是很少有高電流選項，尺寸小，針對電源管理進行了優(yōu)化，并且電池需要盡可能長的使用時間。符合這些標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)控設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等。
在 PDS 設(shè)計和電源管理方面，每個具有超低功耗特征的產(chǎn)品都有幾個固有的主要因素：在非常小的幾何尺寸中設(shè)計高效的 PDS、管理功耗和延長電池壽命。在某些產(chǎn)品實施中，例如遠程監(jiān)控設(shè)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）也是一個關(guān)鍵因素。
如果您還沒有讀過PDS 設(shè)計的演變、與功率流向相關(guān)的挑戰(zhàn)以及電感和電阻對性能下降的影響，是開始探索的好地方電力輸送系統(tǒng)。
如此小的產(chǎn)品中的如此多的功能
以小尺寸實現(xiàn)的智能技術(shù)在我們的日常生活中變得如此普遍，以至于我們在沒有它時很難想象。而且，這些設(shè)備中包含的技術(shù)的發(fā)展和復(fù)雜性得到了突飛猛進的改進，以至于我們在實施和操作我們變得如此依賴的各種產(chǎn)品功能方面變得傲慢。
例如，當(dāng)您將手機從垂直旋轉(zhuǎn)到水平以使屏幕保持對齊時，就會發(fā)揮作用的技術(shù)就是我們過去所說的超級計算機。智能手機中有很多功能——幾個收音機、一個或多個攝像頭、屏幕、內(nèi)部處理器和內(nèi)存——會消耗電力，這使得管理所有不同的電力區(qū)域成為一項挑戰(zhàn)。重要的是要記住，設(shè)備中的每個電源軌都有一個 PDS，而智能手機中擁有 15-20 個 PDS 的情況并不少見。
因此，PCB 設(shè)計師的主要工作歸結(jié)為弄清楚如何在板上為每個電源軌提供足夠的區(qū)域，以及如何在開始時沒有那么多平面時找到足夠的方法來分割平面。
而且，由于這些緊湊的幾何結(jié)構(gòu)，沒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(nèi)置于 IC 中。實際上，開發(fā)這些產(chǎn)品所需的設(shè)計專業(yè)知識已經(jīng)變得非常專業(yè)，與傳統(tǒng)的 PCB 設(shè)計大不相同。
能源管理
因此，我們考慮了超低功耗產(chǎn)品的兩個參數(shù)——在非常小的空間中提供大量功能以及在任何一個設(shè)備中包含多個 PDS。在電源管理方面，手機的架構(gòu)使得當(dāng)某個特定功能沒有被激活時，它就會被關(guān)閉。而且，這就是確定 PDS 操作至關(guān)重要的地方。
作為設(shè)計師，您必須弄清楚如何管理手機中的所有主要用電設(shè)備，以便它們在正確的時間關(guān)閉和打開。在大多數(shù)智能手機中，耗電量最大的是收音機。上傳視頻、圖片、大量數(shù)據(jù)等時，收音機一直開著，耗電高。在中低功耗范圍內(nèi)，有文本消息和簡單數(shù)據(jù)文件的上傳。在用電量的極低端是在您的移動設(shè)備和持續(xù)監(jiān)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)機時才在某種程度上不耗電。
電池保護
接下來，我們將討論超低功耗產(chǎn)品實施中可能最重要的方面：讓電池使用時間盡可能長。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(jiān)控設(shè)備等其他產(chǎn)品，節(jié)能是絕對必要的。此類產(chǎn)品的一個示例是夾在大傳輸線上的電力線監(jiān)視器。在大多數(shù)情況下，這些設(shè)備的性能要求是電池必須至少使用一年。但是，如果電容器的類型錯誤，它們可能會泄漏，并且電池的放電速度會比預(yù)期的要快得多。
理論上，電容器應(yīng)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，則不會出現(xiàn)幾微安培的泄漏或?qū)е履敲炊鄦栴}。但是，如果電池必須有一年的生命周期，那么無論多小，電容器泄漏都可能成為一個大問題。通常，為超低功耗設(shè)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，實際上也不是它們的性能標(biāo)準(zhǔn)。
通常，陶瓷電容器不會引起漏電問題，但它們也不是最便宜的，因此它們不是遠程監(jiān)視器等超低功耗應(yīng)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(shè)備的應(yīng)用說明。如果未明確說明泄漏電阻，最好尋找專門標(biāo)識為此類的電容器。
超低功耗設(shè)備的 PDS 要求與標(biāo)準(zhǔn) PCB 實現(xiàn)有很大不同。這些設(shè)備的特點是外形小巧、高效的 PDS 設(shè)計和消除任何潛在的電源消耗源。