在今天的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）中，需要不斷突破性能極限。系統(tǒng)設(shè)計人員需要更高的速度、更低的噪聲和更優(yōu)的總諧波失真（THD）性能，所有這些都有可能實現(xiàn)，但卻并非免費。實現(xiàn)這些性能改進通常需要更大的工作電流，而更大的工作電流則會產(chǎn)生更高的功耗。但是，在許多應(yīng)用中，功耗敏感性也越來越受關(guān)注。原因有很多種。可能是由于應(yīng)用是一種利用紐扣電池進行工作的遠程系統(tǒng)，其主要關(guān)注點是電池壽命。也可能是由于應(yīng)用是一種多通道系統(tǒng)，其通道數(shù)較多、電路密度較高，會造成熱量集中，從而產(chǎn)生由溫度引起的漂移問題。無論何種情況，最大限度降低電流消耗和功耗都是重中之重。系統(tǒng)設(shè)計人員必須權(quán)衡更高性能和更低功耗帶來的競爭優(yōu)勢。解決此問題的一種途徑是借助一個稱為動態(tài)功耗調(diào)節(jié)（DPS）的過程。

簡單而言，DPS就是一個在需要時啟用電子元件、在不需要時禁用電子元件的動態(tài)過程。圖1所示為一個典型的基于SAR型ADC的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。SAR型ADC的一個主要屬性是其功耗隨吞吐速率而變化，這使其非常適合功耗敏感型應(yīng)用。以往，ADC驅(qū)動器和基準電壓源緩沖器不能與SAR一樣享有自動功耗調(diào)節(jié)功能。它們通常會在系統(tǒng)運行時上電并啟用，這樣會消耗過多的電能。假設(shè)啟用時間足夠短，便可以動態(tài)方式驅(qū)動放大器關(guān)斷引腳，從而禁用ADC轉(zhuǎn)換之間的放大器。這就是動態(tài)功耗調(diào)節(jié)。通過對放大器運用DPS，可大幅降低其平均電流消耗。借助DPS，放大器靜態(tài)電流隨關(guān)斷引腳正在被驅(qū)動的負載周期而變化。理論平均靜態(tài)電流可由下式得出

其中：

IAVG為平均DPS靜態(tài)電流

IQ_ON為已啟用的放大器的靜態(tài)電流

IQ_OFF為已禁用的放大器的靜態(tài)電流

tON 為啟用放大器的時間

tS為采樣頻率周期

圖1. 基于SAR型ADC的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的框圖

本文的其余部分將聚焦于ADC驅(qū)動器放大器，但DPS概念也可運用至基準電壓源緩沖器，而且得到的結(jié)果類似。

圖2顯示了ADC驅(qū)動器放大器在一直啟用時的理論效率提升。fR處的豎直基準線代表ADC功耗等于一直啟用的驅(qū)動器放大器的功耗時的采樣頻率。采樣速率較低時，放大器的功耗占主導(dǎo)，采樣速率較高時，ADC的功耗占主導(dǎo)。基準頻率（fR）將隨放大器和選定ADC的功耗而變化，但基本概念依然相同。進行功耗調(diào)節(jié)的同一放大器的相對效率提升以三種不同的tON值顯示。不出所料，采樣速率給定時，更小的tON會產(chǎn)生更高的效率，并且能夠以更高的采樣速率運用DPS。陰影區(qū)域表明，逐漸減小tON產(chǎn)生的最大提升區(qū)域一般會延伸至約10個fR以下。由于采樣速率會繼續(xù)降至此點以下，因此可實現(xiàn)最大的整體功耗節(jié)約，但進一步減小tON帶來的優(yōu)勢可以忽略不計，因為功耗逐漸接近關(guān)斷或禁用狀態(tài)的功耗。

圖2. 在選定tON （與一直啟用的放大器相關(guān)）時進行DPS的理論放大器功耗