dps什么意思(计算机中dps是什么意思)

私信“干货”二字，即可领取138G伺服、机器人专属、电控信息！在当今的数据采集系统(DAQ)中，需要不断突破性能极限。系统设计人员需要更高的速度、更低的噪声和更好的总谐波失真(THD)性能，所有这些都是可能的，但不是免费的。实现这些性能改进通常需要更大的工作电流，这将导致更高的功耗。然而，在许多应用中，功耗的敏感性引起了越来越多的关注。原因有很多。这可能是因为该应用程序是一个使用纽扣电池的远程系统，其主要关注的是电池寿命。也可能是应用是多通道系统，通道数量多，电路密度高，会导致热量集中，产生温度引起的漂移。无论如何，最小化电流消耗和功率消耗是最重要的。系统设计人员必须权衡高性能和低功耗的竞争优势。解决这个问题的一种方法是使用一种称为动态功率调节(DPS)的过程。

1.基于SAR ADC的数据采集子系统框图

简而言之，DPS是一个在需要时启用电子组件，在不需要时禁用电子组件的动态过程。图1显示了基于SAR ADC的典型数据采集子系统。SAR ADC的主要特性之一是其功耗随吞吐速率而变化，因此非常适合对功耗敏感的应用。过去，ADC驱动器和基准电压缓冲器无法享受与SAR相同的自动功率调整功能。它们一般都是在系统运行的时候上电启用的，会消耗太多的电量。假设使能时间足够短，可以动态驱动放大器关断引脚，在ADC转换之间禁用放大器。这是动态功率调节。通过将DPS应用于放大器，可以大大降低其平均功耗。借助DPS，放大器的静态电流随着驱动关断引脚的负载周期而变化。理论平均静态电流可通过以下公式获得

其中包括:

本文的其余部分将重点讨论ADC驱动放大器，但DPS概念也可以应用于基准电压缓冲器，结果是相似的。

图二。选择tON时DPS的理论放大器功耗(与始终使能的放大器相关)

图2显示了ADC驱动放大器始终使能时的理论效率提升。fR处的垂直参考线表示ADC功耗等于始终使能的驱动放大器功耗时的采样频率。当采样率较低时，放大器的功耗占主导地位，当采样率较高时，ADC的功耗占主导地位。参考频率(fR)会随着放大器和所选ADC的功耗而变化，但基本概念保持不变。在三个不同的tON值中示出了具有功耗调整的相同放大器的相对效率改善。不出所料，在采样率给定的情况下，较小的tON会产生较高的效率，DPS可以在较高的采样率下使用。阴影区域表示由逐渐减小的tON引起的最大升力面积通常会延伸到大约10 fR以下。由于采样率将继续下降到这一点以下，因此可以实现最大的整体功耗，但进一步降低tON带来的优势可以忽略，因为功耗正逐渐接近断电或禁用状态下的功耗。

为了获得DPS的最高性能，系统的定时和最小tON的确定非常重要。

图3。放大器和ADC控制信号的简化时序图

图3显示了ADC和驱动放大器的简化时序图。图1中的系统时序功能模块(FPGA、DSP和微控制器)可以提供适当的ADC转换开始(CNV)和放大器关断(PD)信号时序。SAR ADC将在CNV的上升沿开始转换。在CNV上升沿之前，放大器在ADC采集阶段上电一段时间(tON)，然后与CNV上升沿同步关断。tON的合适值是多少？虽然图2示出了当使用随机tON值时的概念，但是它清楚地示出了只有当使用最小tON时才能实现DPS的全部值。这是ADC转换开始前放大器必须使能的最短时间，以确保结果准确。较短的时间会导致SNR或THD下降，而较长的时间不会带来任何性能改善。实际上，在整个采样率范围内，最小tON并不是固定的，必须根据具体应用凭经验确定。最小tON因不同的放大器和系统而异。

例如，如果在图1的电路中使用ADA4805-1和AD7980的放大器/ADC组合，则最小tON将随着采样速率的提高而降低。一般来说，1 kSPS时需要约4 μs，而1 MSPS时仅需约600 ns。当采样速率较低时，由于处于关断状态的时间延长，较长的时间将为内部放大器节点提供更多的放电时间，因此导通时间也会较长。相反，当采样率较高时，这个时间段较短，因此内部放电时间较短。事实上，随着采样率的增加，受限的放大器关断时间会变得比关断状态下消耗的时间更长。事实上，在关闭过程完成之前，放大器被重新打开。这看似是人为的快速启动时间，但在性能数据不降低的情况下非常有效。

预测潜在省电效果时需要考虑的最后一点是输入信号频率的影响。到目前为止，我们已经通过计算给定放大器的静态电流解释了DPS的概念。当信号施加到放大器的输入端时，动态电流也会随着输入信号的频率而增加。如果输入频率足够低，影响很小。随着频率的增加，放大器输出端的RC网络将显示出更大的负载，因此放大器需要提供更大的电流来处理该信号。

使用上述ADA4805-1和AD7980并结合这些概念，可以获得图4中的曲线。该图显示了始终启用同一放大器时，采用动态功率调整的ADC驱动放大器的功耗(以百分比表示)。我们绘制了选定输入频率下的DPS效率图，以描述更高输入频率对功耗的影响。我们确定1 kSPS到1 MSPS之间的多个采样速率的最小tON，定义为导致SINAD(信噪比失真比)与一直使能的放大器相比下降不超过0.5 dB的tON。该图显示，当以低采样速率处理慢速输入信号时，可以节省高达95%的功耗。但更重要的是，对于更高吞吐量的系统，潜在的功耗节省仍然非常高，100 kSPS时高达65%，1 MSPS时高达35%。应当注意，图4反映了连续采样系统中单位增益缓冲器的性能。然而，如前所述，这些DPS概念可以很容易地应用于基准电压缓冲器，结果是相似的。

图4。放大器功耗和动态功耗调节之间的关系-测试结果

虽然DPS是一个相对较新的概念，需要考虑设计和时间因素，但其初步结果非常有效。显然，对更高性能和更低功耗的渴望将持续到未来，从而进一步增加对创造性低功耗解决方案的需求。

作者简介

Bruce Petipas是ADI公司线性产品和技术部的应用工程师。他在麻省大学获得电气工程学士学位后，于1999年加入ADI公司。在此期间，布鲁斯专门从事大电流放大器的各个领域。最近，他开始研究ADC驱动应用。

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