PCB設計降低電路功耗

沒有一定數量的電流和電壓，電路將無法正常運行。但是，通過電路的電流或電壓過大會損壞電路以及所有連接的組件。因此，PCB設計人員必須注意電路消耗的功率。
電路的使用壽命更長，并且如果流過的功率較小，則不容易損壞。但是，PCB設計人員必須在功能與功率之間取得平衡，并在計算時考慮到整個電子項目。
那么，如何減少電路的功耗呢？PCB設計人員經常通過各種方法努力降低電路功耗，但是第一步是要了解什么是功耗以及為什么降低功耗如此重要。
不良的電路功耗
用最簡單的術語來說，功耗是電壓乘以電流的乘積，以瓦特表示。電路需要一定的功耗才能正常工作，但并非所有功耗都是理想的。電路中應將兩種不同類型的功耗降至最低：動態和靜態。
減少動態和靜態功耗
動態功耗發生在電路短路或涉及開關操作時。假定在電路上沒有任何活動或在電流泄漏期間，在電流流動期間會發生靜態功耗。
設計人員還必須意識到由電源紋波引起的功耗尖峰，這會以意想不到的方式使電路崩潰。較高的靜態或動態功耗會產生熱量，如果不加以檢查，可能會使組件不堪重負。盡管諸如散熱器之類的部件可以減輕較高溫度的影響，但高功耗所產生的熱量仍會給電路及其周圍的部件帶來不必要的壓力。
降低功耗的重要性
隨著電子設備的小型化和移動設備的普及，最小化電路中的功耗對于現代世界變得越來越重要。降低功耗對于延長便攜式設備的電池壽命以及使機器之間的連接高效節能至關重要。最新一代的電源USB標準通過降低功耗來提高效率，而又不犧牲性能。低功耗標準適用于單個USB端口和具有多個單獨連接的USB集線器。
降低電路功耗很重要的兩個主要原因。首先是功能，因為電路中意外的功率增益或損耗會降低效率或產生不必要的熱量。第二個是成本，因為消耗較少功率的電子產品在運行和維護方面更具成本效益。
設計人員如何降低電路功耗？
電子項目中的每個組件都會導致該項目的功耗。各個組件具有功耗公差，并且通過許多組件累積的功率影響可能對整個項目產生進一步的影響。
使用低功耗設計技術
一組稱為低功耗設計的設計原則使用多種因素來平衡組件內部和組件之間的功耗。這些因素可以包括電路活動，電流頻率，過渡時間，電容負載，電壓，泄漏電流和峰值電流。最小化這些因素中的每一個通常是不現實的。PCB設計人員必須意識到這些特性之間的權衡，才能優化設計。例如，通過電路的高電壓通常會導致高功耗。但是，如果該電路的活動級別較低，則其對項目總體功耗水平的貢獻也可能較低。PCB建模軟件通常可以預測電路內部的功耗，因此PCB設計人員可以放心地結合使用低功耗設計技術。
通過低功耗設計降低功耗需要開發專門為實現低功耗而又不損失功能或效率的新技術。由于低功耗設計而開發的新技術比便攜式設備具有更多的應用領域。用于計算機的新型RAM，具有降低的開關功率的邏輯門，高性能數據轉換器和專用傳感器是降低功耗的一些突破。與較早的技術相比，其中一些降低功耗的替代方案可將功耗降低多達70％。這些技術的廣泛采用可以大大減少世界消耗的能源，即使電子設備的數量增加了。
改變閾值電壓
減少電路功耗的另一個重要策略是根據組件內部的運行模式來改變組件內的閾值電壓。當設備處于待機或關閉狀態時，高閾值電壓可最大程度地降低泄漏電流，從而降低靜態功耗。設備工作時的低閾值電壓可提高性能并最大程度地減少毛刺，從而降低動態功耗。設計人員可以通過電路控制閾值電壓，并可以使用穩壓器在整個項目的其余部分保持穩定的電壓。
串聯堆疊晶體管
降低電路功耗的另一種策略是串聯堆疊晶體管。在關閉狀態下連接在一起的兩個晶體管比單個晶體管泄漏的電流更少。一種類似的方法稱為LECTOR技術，它使用一個晶體管控制另一個晶體管的輸入門，通過增加電阻來減少泄漏。無論晶體管是打開還是關閉，這種方法都有效。兩種方法都降低了靜態功耗。
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