低功耗技术将全面使用纽扣电池

物联网（IoT）等功耗敏感型应用需要在片上系统（SoC）内实现全面的节能策略。仅依靠使用传统断电模式和低电源电压的技术可能不足以实现所需的功率目标。模拟模块通常被认为过于敏感，并且与积极的电源管理技术不兼容。
然而，很好地理解模拟模块的特性可以实现低功耗SoC设计。在本文中，我们将详细介绍在通用物联网SoC设计中与外部传感器接口的模数转换器（ADC）IP，并描述其可在系统级利用以实现低功耗的相关特性。

可能使用纽扣电池或能量收集的物联网应用正在推动非常低的要求功耗SoC设计遍及整个行业。为了在不更换电池的情况下长时间维持运行，设计人员必须充分利用可用的功率降低技术。
传统方法依赖于降低SoC的电源电压和更精细的电源电压。几何过程'较小的特征尺寸，以减少有功功率。这种方法会增加系统成本，并可能导致更高的泄漏功率。
在系统级，可以通过识别芯片中可以在某些操作时关闭电源的模块来实现低功耗技术。被执行。还可以将时钟速率和电源电平调整到维持所需操作性能的最小值，从而节省额外的功率。
IoT SoC的典型活动配置文件的特点是占空比非常短：大部分电路经常处于空闲模式;只有一小部分电路始终处于活动状态，以便扫描环境并在需要时激活剩余的电路。 （图1）。始终有效的电路放置在专用电源岛上，使用高Vth器件甚至厚氧化物器件，以最大限度地降低漏电功率。剩下的电路可以从电源关闭，以限制其泄漏。

图1：常见的物联网使用情况

语音激活设备就是这种应用的一个例子，其中只有简单的语音检测电路始终处于活动状态，并且只有当语音检测电路识别出一个时，才会激活专用于命令识别和处理的块。潜在的命令。另一个例子是定期汇集传感器以确定环境中的某些变化是否需要采取措施。
因此，现代物联网SoC设计实现了具有多种省电模式和电路详细分区的复杂电源管理架构为了进一步降低有源和漏电功耗而进入单独的电源岛。

针对当今物联网SoC设计的新型低功耗技术
然而，当它出现时来到模拟接口，传统的低功耗技术无法直接应用。通常需要模拟模块来处理具有大电压摆幅和高线性度要求的信号。这限制了降低电源电平的能力，从而限制了有效的最小特征尺寸。
模拟模块具有内部偏置电流和电压，需要正确稳定以获得最佳性能，因此上电和断电时间本身就是如此缓慢，限制了将电源模式更改为接口长时间不使用的能力。此外，它们有时由通过慢速串行总线控制的外部设备制造，这导致实时主动控制其电源状态的能力有限。
设计人员需要一种新的方法来克服这些限制，特别是在设计功耗敏感的应用时。与传感器接口的ADC集成不仅可以降低外部材料清单（BOM）成本，还可以将模拟接口更紧密地集成到SoC的电源管理架构中，从而实现更快的上电和断电转换以及额外的功耗节省。为了降低BoM成本和功耗，设计人员必须选择一个足够灵活的集成ADC，以最小的功耗支持不同的工作模式，并且可以在不同的功耗模式之间快速改变。集成ADC的主要特点是：
最小的静态功耗，随着速度的降低，功耗降至最低
多种性能模式，在性能设置降低时功耗最小化
多个

具体用例
设计师必须了解所有的功能模式，能够快速更改它们而不会失去准确性/性能ADC的功能以及如何在特定用例中使用它们以实现额外的功耗节省。以下是几个用例的示例。
1-非常慢的采集
此示例考虑系统的情况数据处理需要一定的时钟速度才能达到所需的处理吞吐量，但传感器信息可能只需要以低得多的速率更新。
此用例的传统实现是划分处理器时钟匹配传感器采样所需的低速率。但是，此时钟速率可能低于ADC可靠支持的最小值 - 或者，ADC的时钟频率更高，但在某些时间段内保持空闲（待机）。
理想情况下选项是在这些空闲时段内完全关闭ADC，并快速将其唤醒以用于下一个传感器采样。在这种模式下，ADC主要消耗泄漏功率，并且仅在短暂的有效采样瞬间消耗有功功率。这有效地将功耗的缩放扩展到远低于最小支持时钟速率，而不会影响SoC的配置（例如，遵守数据处理所需的时钟速度）。

此选项依赖于以下ADC功能：
快速关闭和上电步骤（在这些步骤中应避免任何缓慢的过程，例如校准）
关闭时泄漏功率极低模式，例如将电源管理功能集成到ADC中（电源开关，低压差（LDO）等）。由于不同功率模式之间的转换而导致的额外功耗应该是最小的。 （图2）

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