下降。 6)使用温度
7)外形尺寸
结造成失效；环境温度过高时会造成电解液失效或沸腾爆炸。
(1)电池的指标
(2)锌锰电池
图5.1.1 锌锰电池
(3)碱性电池
图5.1.2 碱性电池
(4)纽扣电池
图5.1.3 各种纽扣电池
(5)锂电池
图5.1.4 各种锂电池
(5)锂电池
图5.1.5 锂-亚硫酰氯电池
(5)失调漂移
虽然失调造成的零点偏移可以通过调零电路或 数字计算的方法补偿，但是如果失调电压值在 使用过程中发生改变，仍会带来新的误差。
5.3.2 超低功耗的基本模拟电路单元
(1)低功耗同向放大器 (2)低功耗反向放大器 (3)低功耗I/V变换器
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
(1)低功耗同向放大器
5.1.4 自动升/降压电路
图5.1.12 TPS630系列升降压(Buck/Boost)稳压电路
5.1.4 自动升/降压电路
图5.1.13 HT77系列自动升压稳压电路
5.2 电源管理
5.2.1 5.2.2 5.2.3 电源开关电路 外部电路的电源管理 零功耗电路设计
5.2.1 电源开关电路
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.10 用仪表放大器放大压力传感器信号
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.11 用分立运放构成差动放大器
5.4 功耗的计算与测量
5.4.1 5.4.2 MSP430单片机系统功耗的估算方法 功耗的测量方法
5.4.1 MSP430单片机系统功耗的估算方法
(2)低功耗反向放大器
图5.3.6 用单电源反向放大器放大正/负信号
(3)低功耗I/V变换器
图5.3.7 I/V变换电路 a)I/V变换器 b)I/V变换器用于光强测量
(3)低功耗I/V变换器
图5.3.8 I/V变换器用于互感器测量电路
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.9 仪表放大器的内部结构
(3)避免I/O口漏电流
图5.2.12 I/O口漏电流的产生
5.2.3 零功耗电路设计
图5.2.13 零功耗RS-232电平转换电路
5.3 超低功耗信号调理电路
5.3.1 5.3.2 超低功耗运放选型 超低功耗的基本模拟电路单元
5.3.1 超低功耗运放选型
(1)静态工作电流 (2)工作电压 (3)摆幅 (4)失调电压 (5)失调漂移
(1)静态工作电流
运放的静态工作电流(Supply Current)指的是运放 不接任何负载，且输入信号不变化(直流)时的耗 电，可以理解为运放自身的耗电。
(2)工作电压
运放的电源电压指的是运放正电源管脚与负 电源管脚之间的电压差。其中运放能够正常工 作的电源电压范围称为工作电压(Supply Voltage)。
(3)摆幅
在超低功耗电路中，一般采用电池供电，电压 较低，所以应尽量采用满摆幅(Output Swing)或 轨对轨运放，以获得足够的输出幅度，并提高 电池电压利用能力，延长电池寿命。
(4)失调电压
一般来说，大部分运放的失调电压在数百μV至 几mV的数量级。对于输入电压幅度越小、放大 倍数越高以及精度要求越高的电路应用中，要 求运放的失调电压(Offset Voltage)越小。
(1)使用带有关断功能的器件 (2)用电源开关电路进行电源管理 (3)避免I/O口漏电流
(1)使用带有关断功能的器件
图5.2.9 低功耗RS-232电平转换电路
(2)用电源开关电路进行电源管理
图5.2.10 用晶体管作电源开关
(2)用电源开关电路进行电源管理
图5.2.11 用PMOS管作电源开关
解：
查附录A，CR2032锂电池容量约200mA· h，一节电池的运行时间为
如果一个工作周期中，单片机有若干个不同的工作状态(见图5.4.1右图)，也可以用类似 的方法进行计算：
5.4.2 功耗的测量方法
图5.4.2 用指针式电流表测量平均功耗
5.4.2 功耗的测量方法
图5.4.3 用电容和电压表测量平均功耗
图5.4.1 MSP430单片机系统的工作电流示意图
5.4.1 MSP430单片机系统功耗的估算方法
例5.4.1 某MSP430单片机系统中每1/32s唤醒一次，全速运行2ms，然后
继续休眠，系统中LCD固定功耗3.5μA，电源稳压器件固定功耗2.4μA。计 算一节CR2032纽扣电池能为该系统提供多长时间的电力供应？
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.8 HT7系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.9 TPS797系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.10 SP6200系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.3 1.5V电池升压电路
图5.1.11 1.5V升压集成电路
(6)镍氢、镍镉电池
图5.1.6 镍镉/镍氢电池
(7)铅酸电池(Pb-Acid Battery)
图5.1.7 各种铅酸电池
5.1.2 超低功耗稳压电路
• 电池的电压会随着使用逐渐下降，直到电 池的终止放电电压为止，宣告电池寿命终 结。新电池与旧电池的电压差别可能达到 30%甚至更多。对于采用电池供电的超低功 耗系统来说，应该能够在电源电压大幅度 降落的情况下正常工作。
先计算测量系统自身耗电：
再计算总耗电：
两者பைடு நூலகம்减，得到被测系统的耗电：
(2)双键电源开关电路
图5.2.5 双键带短路保护的电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.6 带稳压的程序可控电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.7 低成本的程序控制电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.8 受程序控制的电源开关
5.2.2 外部电路的电源管理
5.4.2 功耗的测量方法
例5.4.2 用一只10000μF电容作为储能电容，测量某超低功耗单片机系统
从电池电压3.6V下降到2.7V过程中的平均耗电电流。测试数据如下： １)断开S2，电容从3.6V下降到2.7V耗时t1=2小时12分35秒(7235s)
２)接通S2，电容从3.6V下降到2.7V耗时t2=9分22秒(562s)
图5.3.1 同向放大器的反馈电阻耗电
(1)低功耗同向放大器
图5.3.2 用单电源同向放大器放大正/负信号
(1)低功耗同向放大器
图5.3.3 单电源同向交流放大器
(2)低功耗反向放大器
图5.3.4 反向放大器的反馈电阻耗电
(2)低功耗反向放大器
图5.3.5 用反向放大器测量系统总电流的原理图
图5.2.1 电子式电源开关
5.2.1 电源开关电路
(1)单键电源开关电路 (2)双键电源开关电路 (3)受程序控制的电源开关电路
(1)单键电源开关电路
图5.2.2 单键电源开关电路
(1)单键电源开关电路
图5.2.3 用MOS管控制大功率负载
(2)双键电源开关电路
图5.2.4 双键带稳压电源开关电路
(1)电池的指标 (2)锌锰电池 (3)碱性电池
(4)纽扣电池 (5)锂电池 (6)镍氢、镍镉电池
(7)铅酸电池(Pb-Acid Battery)
(1)电池的指标
1)标称电压 标称电压指的是单节新电池(电量充足时)的输出电压。
2)放电终止电压 随着电池的使用，其输出电压会逐渐下降，当电压下降 到终止电压时，说明电池耗尽。
3)内阻 电池内作为电解质的电解液并非理想导体，存在一定的电阻称为 电池的内阻。 4)容量 一般用放电电流与放电时间的乘积作为电池容量单位。
5)自放电 随着储存时间，电解质与电极活性材料会逐渐失效，容量逐渐 电池内一般含有液体或凝胶状电解液，环境温度过低时会冻 同种类的电池，尺寸越大所盛放的电解质越多，容量越大。
09HO7
主编
第5章 超低功耗硬件电路设计
5.1 5.2 5.3 超低功耗系统的电源 电源管理 超低功耗信号调理电路
5.4
功耗的计算与测量
5.1 超低功耗系统的电源
5.1.1 5.1.2 5.1.3 常用电池及特性 超低功耗稳压电路 1.5V电池升压电路
5.1.4
自动升/降压电路
5.1.1 常用电池及特性