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仅需一只管脚的极低功耗电压基准

2010-12-27
作者:Peter T. Miller

电源轨一般用于为微控制器电压基准源供电。在功率关键的电池供电应用中,即使持续数10s的毫安级电流也是被禁止的。这种情况下,需要增加一个用于控制基准电压通断的管脚。通过与电压基准源并联一个0.1μF电容,并使用一个可从本设计实例在线版上下载的简单软件,只需要一个管脚就可以同时完成基准电压的供电与读取任务。

 

图1一个电压基准与一只电容为微控制器提供一个基准电压
图1,一个电压基准与一只电容为微控制器提供一个基准电压。

  当如图1连接电压基准时,软件将Microchip公司PIC芯片的VREF(基准电压)管脚配置成一个开关导通的输出端。经过约300μs后,电容上的电压稳在1.225V。

  ZXRE4041上电时存在着一个初始过冲。然后,该管脚被配置为一个ADC基准电压源的模拟输入。当ZXRE4041断电时,在下一个50μs中,基准电压会快速掉落20mV。有了0.1μF电容,因为有泄漏,电压会在2ms时间上缓慢跌落60mV。虽然这个延迟是指数性的,但速率很低,从实用角度说,可以认为在这个短的时间窗口内它是线性的。

  另外还要考虑到,在转换期间,ADC会通过10kΩ电阻消耗电流,造成压降。虽然Microchip公司并未在自己的文档中给出这个压降的特性,但通过对多款器件80mV压降的测试,得到了一个6.67μA的计算电流值。采用传统的内部4MHz时钟,并将ADC振荡时钟频率除以16,用于最低工作电压的运行,一次变换要用45μs。这个动作略微消耗了电容电量,但这种消耗大约只有2mV或3mV。用初始瓦秒减去用掉的瓦秒,就得到了较低的值。从初始稳态的1.225V减去这些固定、可重复的损耗,就得到了一个新的基准电压,即1.225VREF–0.02V关机压降–0.080 IR降=1.145V。

  用75μs做模数转换、存储数值,并在另外一个通道设置下一个转换,11次转换就可以得到低至22.5mV的最后一个基准电压,即:10×75μs×(60mV/2000μs)。与第一次转换的结果相比,误差只有1.9%。

  如果你只需要为某种消费产品提供一个适当的电压,例如低电池电压警告,则可以用一支LED,而不必用ZXRE4041。只要将R1的值改为300Ω,就能提供足以点亮LED的电流。虽然LED没有专用电压基准芯片的温度稳定性,但对应用来说这种变动是能够接受的,因为大多数消费产品的使用都在人类的舒适范围内。如果LED已是系统中的一个组成部分,则电压基准的成本就只剩下软件了。采用这种技巧,现在可以用LED提供状态指示灯、光电探测器和电压基准功能,只需要用软件重新配置变动,就可以进入一种零功率状态。

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