電容感應是一種有效的技術，適用于從接近檢測和手勢識別到液位感應的應用。根據應用的不同，在靈敏度、響應能力和功率方面會有不同的系統(tǒng)要求。功耗是許多應用的關鍵參數，包括可穿戴設備、消費電子產品和一些汽車應用。那么如何降低系統(tǒng)的功耗呢？在這篇文章中，我將介紹降低電容數字轉換器功耗的技術。我進行了各種實驗來驗證這些降低功率技術的有效性。

占空比

電容感應目前使用不同的電路架構，正如我在之前的電容感應架構比較博文中所解釋的那樣。特別是，電感-電容 (LC) 槽路架構測量振蕩頻率的變化以確定電容的變化。槽路振蕩頻率 (f OSC ) 與獨立參考時鐘 (f REF ) 進行比較，以產生將 f OSC表示為 f REF一部分的輸出樣本. 對于連續(xù)采樣模式，這些類型的設備的功耗通常約為幾毫安。對于低功耗應用，對器件進行占空比有助于降低功耗，因為器件被置于低功耗模式，并且僅在執(zhí)行測量轉換時才處于活動狀態(tài)。這最大限度地減少了流經設備的電流總量，因此降低了整體功耗。

與這種占空比技術相關的主要權衡之一是響應能力。采樣率越高，系統(tǒng)響應速度越快，但代價是平均功率更高。但是，對于不需要超快響應時間的應用，可以使用較低的采樣率來實現較低的功耗。例如，許多人機界面 (HMI) 只需要以 40 SPS 或更低的采樣率運行。給定采樣率的測量的總轉換時間也會影響功耗，具體取決于分辨率要求。這個概念對應于設備在特定采樣率下的占空比。

時鐘門控

降低這些電容式傳感設備功耗的第二個重要技術是外部參考時鐘的門控。簡而言之，每當設備進入低功耗模式時，參考時鐘也會關閉。這不僅降低了外部時鐘的功耗，而且顯著降低了器件引腳的漏電流。

測試設置

我使用TI Designs 抗噪聲電容接近傳感器系統(tǒng)參考設計測試了這些技術，該參考設計使用了 TI 電容感應 IC FDC2214。在僅啟用一個通道（通道 0，接近傳感器）的情況下，我使用數字萬用表測量了流經FDC2214的電流。圖 1 顯示了測試設置，測試條件在表 1 中給出。

圖 1：測試設置

表 1：測試條件

門控時鐘測量

對 TIDA-00466 進行了編程，使FDC2214僅在以下三種狀態(tài)之一中運行：活動、睡眠和關閉。對于每種狀態(tài)，測量了器件的電流消耗，并在表 2 中給出。

表2 ：每種狀態(tài)的電流消耗：門控時鐘

這些電源電流值采用門控外部參考時鐘。如果在FDC2214處于睡眠或關斷模式時時鐘未關閉，則這些模式下的功耗將顯著增加，如表 3 所示。時鐘轉換導致器件輸入引腳漏電流增加，當與正常模式電流相比，但在添加到較低功率模式電流時非常重要。

表3 ：每個狀態(tài)下的電流消耗，不包括外部參考時鐘

占空比測量

正如預期的那樣，圖 2 顯示了電流消耗和 RCOUNT 之間的近似線性關系。由于 RCOUNT 與傳感器轉換時間直接相關，因此較低的 RCOUNT 會導致更短的轉換時間，并允許設備花費更少的時間主動運行和更多的時間處于睡眠模式（每個采樣周期）。對于給定的采樣率，較低的 RCOUNT 消耗更少的電流，而較高的 RCOUNT 消耗更多的電流。理解這種關系的另一種方法是，如果 RCOUNT 保持不變但采樣率發(fā)生變化，則以較高速率采樣的FDC2214比以較低速率采樣的FDC2214消耗更多功率。

圖 2：在指定采樣率下不同 RCOUNT 值的電流消耗

概括

占空比和時鐘門控是降低功耗的有效技術。為確保流經器件的電流最小，請在器件處于低功耗模式時關閉用作參考時鐘的外部振蕩器。不同采樣率下不同 RCOUNT 值的結果電流值遵循預期趨勢。此外，TI 提供的FDC211x/FDC221x 電流消耗估算器可用作估算最壞情況功耗情況的參考工具。