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技術專題
用于超低功耗實施的 PDS 設計
用于超低功耗實施的 PDS 設計
在低功耗實現(xiàn)方面，產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。符合這些標準的產品范圍很廣，包括但不限于智能手機、智能手表、遠程監(jiān)控設備和醫(yī)療設備等。
在 PDS 設計和電源管理方面，每個具有超低功耗特征的產品都有幾個固有的主要因素：在非常小的幾何尺寸中設計高效的 PDS、管理功耗和延長電池壽命。在某些產品實施中，例如遠程監(jiān)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）也是一個關鍵因素。
如果您還沒有讀過PDS 設計的演變、與功率流向相關的挑戰(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)。
如此小的產品中的如此多的功能
以小尺寸實現(xiàn)的智能技術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，這些設備中包含的技術的發(fā)展和復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，就會發(fā)揮作用的技術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、內部處理器和內存——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 設計師的主要工作歸結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構，沒有空間將平面電容作為管理 PDS 的一種方式。所有電容都直接內置于 IC 中。實際上，開發(fā)這些產品所需的設計專業(yè)知識已經變得非常專業(yè)，與傳統(tǒng)的 PCB 設計大不相同。
能源管理
因此，我們考慮了超低功耗產品的兩個參數(shù)——在非常小的空間中提供大量功能以及在任何一個設備中包含多個 PDS。在電源管理方面，手機的架構使得當某個特定功能沒有被激活時，它就會被關閉。而且，這就是確定 PDS 操作至關重要的地方。
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間關閉和打開。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，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”。從本質上講，您的手機只有在完全關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)控設備等其他產品，節(jié)能是絕對必要的。此類產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，則不會出現(xiàn)幾微安培的泄漏或導致那么多問題。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準。
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明。如果未明確說明泄漏電阻，最好尋找專門標識為此類的電容器。
超低功耗設備的 PDS 要求與標準 PCB 實現(xiàn)有很大不同。這些設備的特點是外形小巧、高效的 PDS 設計和消除任何潛在的電源消耗源。