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单片机模拟电梯系统设计
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能量采集带来了全面提高微控制器效率的要求
能量采集带来了全面提高微控制器效率的要求
　　能量采集允许智能传感器部署在先前不可能部署的更广泛情况中，是实现新一代设备的关键。这类传感器可以进行连续的状态监测，能够用于林林总总不同的应用中，比如工业马达，以至穿戴在身体上的长期健康测量装置。
　　虽然这些系统可以使用电池供电，所以不需要将传感器与主电源连接，但是仍然需要更换电池或充电。一旦放置在大型马达或涡轮机附近，便很难触及和更换电池。不过，许多这些应用的优点是它们可以自己提供能量，自给自足。
　　只要通过合适的地震量（惯性质量）和转换器，便可利用工业马达的振动为监测它的系统提供能量。穿戴在身体上的传感器的情况类似，采集到的振动和热能可以使得电荷呈涓流形式进入电容器内，用于传感器供电（图1）。
　　图1：各种能量采集方法的功率密度（来源：技术研究杂志）
　　虽然这些系统提供了采集能量的机制，但是它们很少能够达到设计人员习惯使用的电池供电系统的功率水平。因此，设计一种功率消耗尽可能低的系统是至关重要的。
　　降低逻辑电路功率的关键目标是供电电压。在CMOS电路中，电压和功耗之间呈平方关系，如公式P = CV2f所示，其中C是电路电容，f是开关频率，V是施加的电压。从中可以明显看出，降低电压可以最大可能地降低功耗。晶体管近阈值和亚阈值运作提供了一种独特方法，可以将微控制器和其它逻辑电路的供电电压降低到远低于标准逻辑电路要求的水平。
　　近阈值和亚阈值运作的背后原理，就是器件通常被认为“开启”的阈值电压其实并不需要视为逻辑和模拟电路的目标。为了给伴随每个栅极的电容路径充电，逻辑晶体管传统上被设计为饱和时通过高电流水平；但是，给这些电路路径充电时，可以不将晶体管开关到完全饱和状态，而是允许电流更为缓慢地涓涓流过。这样的结果是开关逻辑状态会变得缓慢，但是，在典型传感器应用中，其实不需要以最高可能速度进行开关。
　　然而，由于阈值电压在更低水平驱动，所以晶体管泄漏电流呈指数级增加（图2）。
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