超低能耗电子电路系统设计原则

廖明浩 重庆交通大学

引言：随着经济的发展，为了产业的可持续发展，更重视低能耗产品的研发。在超低能耗的电子电路系统更是成为了研究的重点方向。超低能耗的电子电路系统的设计中，包括了处理器，电子器件，单片机，放大器，液晶显示屏等等的使用。超低能耗电子电路系统中有很大的挑战，但是对于产业的发展来说也是不可多得的机遇。

1.电子电路系统能耗影响分析

超低能耗电子电路系统的研发中，逐渐在电子电路专业中越来越受到重视。传统的电子电路系统中功耗主要受到以下几点的影响。

首先，电子电路系统中的功耗大小的判断中，主要是以电路为基础进行研究。在超低功耗电子电路的设计研究中，应该先分析电子电路单元电路的能耗大小。在传统的单片机的耗能和休眠电量来看，是超低能耗电子电路系统中的10倍。集成电路的能耗主要和工作频率，工作电流，电源电压等等有关系。在负载器件和寄生元件中，都会产生一定程度的功耗。在电阻上的功耗也是不可避免的。采用超低能耗的电子元件，主要还是以减少为目的。

其次，在集成电路中，静态和动态都会造成功耗。静态功耗主要是因为电源电压的耗费。静态电流就是流向电路内部的电流。所以电源电压通常也是对于电路静态的功耗大小的判断。

最后，集成电路中的动态能耗主要是以电容充放电功耗为主要形式。随着输出电容的充放电过程中，电路的输出也存在着起伏、波动。电子电路系统中的动态功耗也是一种瞬时功耗，是在转换信号的过程中产生的。

2.低耗能电子电路系统设计原则

经济和科技的高速发展下，需要改进原本传统的超低能耗电子元件。在研究的推动下，各种各样的超低能耗的电子元件如同雨后春笋一般层出不穷。所以在超低能耗的电子电路的选择中，应该采用新型的超低能耗型IC。

2.1 处理器选择

在超低耗能电子电路中，对重要的就是采用微处理器MCU的选择。现今很多厂家都已经研制出超低耗能产品，为了增强产品的竞争力，必须在微处理器中降低能耗。单片机是在低电压和低频率的环境下工作的，所以使用单片机就是很好的超低耗能系统设计的选择。超低耗能的产品选择的单片机要注意单片机是否专门为了超低耗能电子电路设计的。单片机的休眠模式有几种，在电子电路设计中要充分考虑到电源电压、休眠时候单片机的电流量、工作时候的电流量等等。

2.2 电子元件选择

电子电路系统的设计中，不仅仅依靠单片机处理器，还需要采用低耗能的电子元件。在核心处理器超低耗能的同时，需要让外围器件也具有超低耗能设计。IC器件的选择上，应该通过模拟电子电路系统，来找到耗能最低的组合。

2.3 供电管硬件选择

供电管硬件是对电子电路的供电管理。在多分支的网络电源中，需要对不同的模块进行供电。在供电的之余，不工作的时候可以停止供电。这样就可以实现低能耗。供电控制的时候，可以进行可关断模式，电源总开关模式，选择控制模式等等。在对各个模块独立供电的时候，采用电阻小，开关速度快，静电少的供电管硬件，更符合超低能耗电子电路的设计原理。在供电硬件的选择上，更应该重视品质问题。因为经常会出现供电系统中漏电的现象。在供电系统中的漏电主要有几个原因造成，电源泄露，保护电路泄露，分支电路泄露，意外泄露等等。在电源开断的同时，供电系统需要管理电路系统，在保证安全无泄露的情况下，将能耗降到最低。

2.4 电子电路系统的运行管理

在电子电路的运行系统中，应该重点强调软件和硬件的相配合的管理。软件和硬件的配合中，可以消除程序运行的多余环节。在系统进入休眠的时候，单片机可以马上调整到低能耗状态。同时对运行系统的时钟有一个准确的控制，以选择一个较为稳定的工作平衡。时钟选择较低的工作频率的时候，可以和外围模块的低能耗的控制功能相结合。

3 结束语

在科技水平的提高下，出现了越来越多的新型材料可以运用再电子电路系统的设计中。在集成电路中，采用的电源电压，电子线路，单片机，负载都会严重影响能耗问题。所以在电子电路的设计中，应该及时考虑到这些因素，尽量优化硬件设计，实现超低能耗的目标。设计中应该遵循基本设计原则，设计出简洁、优化的电子电路系统。

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