液晶分类


根据显示材料构造，可分为TN、STN、TFT。 根据技术原理可分为TN、STN、FSTN、 DSTN、TFT。 TN：扭曲向列型。 STN：超扭曲向列型。 FSTN：薄层超扭曲向列型。 DSTN：双超扭曲向列型。 TFT：薄片式晶体管型。
液晶显示模块

将液晶显示器件、连接件、集成电
CMOS电路驱动能力表
输出电流/mA TTL 扇出 0.44 1
2. 单片机的低功耗设计
Ps CV f
2
C为输入电容和连线电容的总和，典型输入 电容为10pF。
时钟频率
高速内核

外围电路的集成化

内部程序存储器 内部数据存储器

时钟源管理

片内环形振荡器可降低功耗
改善停机模式




工作温度范围较宽。
HCMOS电路速度已完全可以和TTL电路兼容。

4. 中央处理器参与低功耗管理
5. 全面采用表面安装器件

除个别特殊的大功率器件外，包括单片机在内的所 有IC都有相应的SMT器件。 基础元器件（电阻、电容、电感、变压器、热敏电 阻等）均有都有相应的SMT器件。 SMT器件与THT器件相比，尺寸大幅度减小。
FPGA和CPLD的优点

其基本逻辑门数可大上百万门。 出厂前已做过百分之百的测试，不需设 计人员承担投片风险和费用。 用户可反复编程、擦除、使用。


在外围电路不动的情况下用不同软件实 现不同功能。
便携式医学仪器设计实例
设计目的

专为快速诊断、监护的心电图机。 集主机、显示器、电极导联于一体，体积仅如 手掌般大小。 超低功耗，无需外接电源。 只要将仪器背面与人体胸部接触，便可立即自 动显示ECG。
第四章 微型化与低功耗设计技术
第一节 概 述

传统医学仪器的便携式设计已成为现代医学 仪器发展的重要趋势。 微型化和低功耗设计是核心技术。

相关技术的发展为其提供了有力的支持。
电子元器件集成度越来越高

摩尔定律：集成电路芯片的集成度每1.5 年提高2倍。
数字、模拟混合集成技术的发展，单片 计算机已在增强CPU功能的基础上，将许 多复杂的外围器件功能集于一身。

如MAX1680输出电流125mA，仅需外接两
个1uF电容，输出阻抗3.5。 MAX868，输出电压可调，外接两个0.1uF 电容，消耗35uA电源电流，可输出30mA稳 压电流，小尺寸uMax封装。


DC/DC变换器中电感、电容及续流二极 管的选择

电感要满足在开关电流峰值时不饱和(开关峰 值电流要大于输出电流的3~4倍)，并要选择 合适的磁芯以满足开关频率的要求。 电容应选择等效串联电阻小、相应速度快的 胆电容，可降低输出纹波电压 二极管必须采用肖特基二极管，其额定值应 大于DC/DC的峰值电流。

GAL(通用阵列逻辑)

在PAL的基础上发展起来。 输出结构是可编程的宏单元。

现场可编程，实现了电可擦除和改写。
FPGA(现场可编程门阵列)和 CPLD(复杂可编程逻辑器件)

在PAL、GAL的基础上发展起来。 可以代替几十甚至几千块通用IC芯片。

比较典型的是Xilinx公司的FPGA器件系 列和Altera公司的CPLD器件系列。
会做规则的旋转90度排列，产生透
光度的差别。
液晶显示方式

被动方式（反射式）：本身不发光而 只是调制环境光，因此，显示时需要 一定的光源。
主动方式：由场效应管驱动

反射式液晶的工作特点



工作电压低（3~6V）；功耗极小 （18~80uW/平方厘米)。 体积小，为平板式显示。 显示时间和余辉时间较长，速度较慢。 在黑暗环境中不能显示，需采用辅助 光源。 无电磁辐射。

可编程逻辑器件(PLD)

由一个“与”门和一个“或”门阵列组 成。

任何一个组合逻辑都可以用“与—或” 表达式描述。能完成各种数字逻辑功能 能完成各种数字逻辑功能。

PAL(可编程阵列逻辑)

由一个可编程的“与”平面和一个固定 的“或”平面组成。

或门的输出可以通过触发器有选择地被 置为寄存状态。 现场可编程，实现工艺有反熔丝技术、 EPROM技术和EEPROM技术。

电子元器件封装工艺的不断革新

表面安装技术(SMT)取代穿孔式安装(THT)。
表面安装元件(SMC)。

表面安装器件(SMD)。
大量以低功耗为目标的电子元器件问 世

以MSP430为代表的微处理器可工作在uA 级电流。
以3V供电的反射式图形液晶显示器(LCD) 模块耗电不到1mA。

ASIC技术的发展


MAX669DC/DC变换器效率曲线
LDO纹波抑制曲线
LDO纹波抑制曲线
参数选择稳定性
200hz正弦波,无电源干扰
200hz正弦波,2Khz、占空比1%、10mv方波电源干扰
5. 液晶显示技术

液晶是一种介于固体与液体之间，
具有规则性分子排列的有机化合物。

在不同电流电场作用下，液晶分子


2. 选用合适的供电电压和运行速度
Ps CV f
2
C为电路中的分布电容和开关型IC器件的极间电容；V 为供电电压；f为工作频率。
3. 电路设计全面采用CMOS集成电路

除个别特殊的功率驱动电路外，尽可能采用CMOS 电路。 CMOS电路的优点


微功耗（静态功耗几乎为0） 输出逻辑电平摆幅大，工作电压范围宽，抗干扰能力强
小、分辨率高、超低功耗(1mA)等特
点，并且是3.3V单电源供电，共有
18个引脚。
6. 表面安装技术

SMT的主要优点：

PCB无需钻孔，与THT比较，组装速度快，组装密 度提高50%（采用双面和多层板可大幅度缩小）。

是片式结构，无外引线，缩短了信号传输延迟时间， 有利于提高电路的高频性能。


纳米技术

在10-9m的尺度内对原子、分子加工的技术。 “纳米世界”表现出既不同于单个原子、分 子，也不同于我们所熟悉的大物质的性质。 美国波士顿大学研制成功的分子马达仅由78 个原子组成，若能配上相应尺度的“刀具” 和控制装置，可实现对大分子的加工。

第二节 便携式医学仪器设计的基本特点

便携式仪器的电源设计

输出电流大时应采用降压DC/DC
输出电流小时应采用升压DC/DC

工作电流的最大值为IC最大输出电流的 70%~90%较为合适。

采用LDO的最佳条件

要求输出电压纹波、噪声特别小
输入输出电压差不大 输出电流不大于100mA

需负电源时尽量采用电荷泵

要求噪声小或输出稳压时，可采用带LDO线 性稳压的电荷泵IC。



电阻、电容体积仅有直插器件的1/10。
IC的引脚中心距已由1.27mm缩小到0.3mm。

第三节 微型化与低功耗设计 1. CMOS集成电 路与低功耗设计

CMOS数字集 成电路的静态 功耗几乎为0。 如接法合适， 可降低到uA级

CMOS数字集成电路的动态功耗

发生在逻辑状态转换 的瞬间，由两个分量 构成。

耐振动，可靠性高。
易于实现组装自动化，降低加工成本。

THT与SMT特征尺寸的比较
特征尺寸 焊盘间距 焊 孔 盘 经 THT 2.54 1.524 1.016 0.305 SMT 1.27 0.113 0.457 0.127
线宽/间距
7. 电路集成设计

可编程逻辑器件(PLD)。 PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻 辑)。 FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可 编程逻辑器件) 。
降低动态功耗的主要途径

降低工作电压
减少负载电容
降低工作频率
降低耗能状态转换活动几率
CMOS数字集成电路应用注意事项

未用引脚的处理。 如悬空将引起

功耗增加 严重时会损坏器件
不能悬空！

输入信号幅度
应保持在供电电压范围之内，否则可能损坏电 路

输出能力
4000 系列 40H 0.8 2 74HC 4.0 10 74AC 24 60
路、PCB电路板、背光源、结构件
装配在一起的组件。

可分为数显液晶模块、液晶点阵字
符模块和液晶点阵图形模块。
数显液晶模块

记数模块
计量模块

计时模块
点阵图形液晶模块

行、列驱动型 直接驱动型 行、列控制型
点阵图形液晶应用设计实例
EG7564C_RS是一种高性能反射式
320X200黑白点阵液晶，具有体积
FLASH应用设计实例

Intel公司的DA28F320J5是32Mbit闪速存 储器。
支持14种操作指令，每项操作均要通过 相应的命令实现

4. 电源的低功耗设计

电源的分类

线性稳压电源。低压差(LDO)的新型线性稳 压器，一般输出100mA时，压差<100mV。

开关稳压电源。DC/DC变换器，生压型用于
空闲模式
突发工作模式
3. 存储器的低功耗设计

HCMOS存储器
存储器功耗表
2764 27C64 30 1 2864 140 70 28C64 30 5