ZH2518便携式压力校验仪功耗管理的设计与实践

　　ZH2518便携式压力校验仪是针对自动化生产和控制设备中的压力检测装置进行现场校准设计和研制的,其基本组成包括一个主机系统和多个根据用户现场校验需求而配置的相互独立的压力测量模块[1].现场校验仪主要用在恶劣工业现场环境下,极易受到外界电磁干扰,为保证校验表的精度和可靠性,对系统要进行系统抗干扰和可靠性设计.同时,便携仪表系统采用电池供电,要求最大限度地延长电池使用时间.基于以上两点,ZH2518便携式压力校验仪应当采用最小功耗设计及功耗管理.

　　ZH2518便携式压力校验仪的主机系统和压力测量模块都以单片机为核心.在单片机应用系统中,对其面向的物理参数的测量、采集、处理和控制等过程只需在极短的时间内即可完成.相对而言,物理参数对系统控制的响应和人机交互过程却需要较长的时间,此时系统只作无意义的运行等待,从而形成了系统有效运行和无谓等待的占空比现象.在应用系统内部,单片机运行程序顺序执行任务,当前任务执行过程中,与此任务无关的电路也处于无谓的运行等待过程.从更微观的角度看,系统中各个器件内部在不同时刻也会出现某部分电路无谓等待的现象.综上,单片机应用系统运行过程中在时域和区域上都存在着可观的无效运行时间,造成很大的功耗浪费.因此对ZH2518便携式压力校验仪进行最小功耗设计及功耗管理切实可行.

　　1　最小功耗系统设计方法

　　最小功耗设计及功耗管理从应用范围上可分为器件级和系统级.器件级最小功耗设计及管理是指半导体制造商在大规模集成电路芯片内部进行功耗设计及管理,生产出功耗远远小于同类产品的器件.例如MAXIM公司生产的具有自动关闭增强型功能(AutoShutdownPlus)的RS232接口通讯芯片MAX3238,其功耗不足其它RS232器件平均功耗的0.1%.系统级最小功耗设计及功耗管理是指对整个系统内部各部分电路进行功耗设计及管理.这是本文讨论的重点.

　　系统级低功耗设计的内容包括本质低功耗设计、运行低功耗设计及低功耗的供电管理.本质低功耗设计是指低功耗器件的选择及系统硬件设计以保证正常运行状态下系统有最小的功耗状态.对系统进行本质低功耗设计时应尽量选用CMOS电路,因为它有很低的运行功耗.除了选择低功耗器件满足本质低功耗系统设计要求外,还必须实现器件的低功耗运行管理及配备相应的硬件支持电路.

　　此外,最小功耗系统的低功耗及功耗管理要求改变了电源的供电设计,每个独立的功能电路都实现供电关断控制.根据上述最小功耗系统的设计方法及原则,结合本系统运行及功耗的特点,进行便携式压力校验仪功耗管理设计.