仅需一只管脚的极低功耗电压基准 - 模拟技术 - 电子工程

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作者：Peter T. Miller  来源：Applied Inspirations公司  日期：2009-10-31

　　电源轨一般用于为微控制器的电压基准源供电。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。


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2009-11-4 12:43:09 上传
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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。