“靜態(tài)” 定義為 “無活動或休眠的狀態(tài)或階段”。在電子系統(tǒng)中，靜態(tài)電流指系統(tǒng)處于待機模式、無負(fù)載或輕負(fù)載狀態(tài)下的工作電流。

靜態(tài)電流的定義通常以從接地端流出的電流為準(zhǔn)，多數(shù)器件的數(shù)據(jù)手冊中，都會標(biāo)注零負(fù)載條件下、指定輸入電壓、偏置電壓和溫度環(huán)境中的靜態(tài)電流（Iq）數(shù)值。

本文將深入解析電子設(shè)計中三大核心器件的低靜態(tài)電流特性：線性穩(wěn)壓器、低壓差（LDO）穩(wěn)壓器以及電壓監(jiān)控器。

線性穩(wěn)壓器的輸入電壓必須略高于所需的輸出電壓，這一電壓差值被稱為壓差。而低壓差穩(wěn)壓器的定義，本質(zhì)上是一種直流線性電壓穩(wěn)壓器，其核心特性是即便供電電壓與輸出電壓十分接近，仍能實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓調(diào)節(jié)。

線性穩(wěn)壓器

線性電壓穩(wěn)壓器必須具備低靜態(tài)電流特性，才能在系統(tǒng)進(jìn)入待機模式時維持內(nèi)部電路的正常工作。系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時，對輸出負(fù)載的需求極低甚至為零，此時靜態(tài)電流通常會以熱量形式耗散，而整個系統(tǒng)則保持休眠。但下文將介紹的低壓差穩(wěn)壓器，會持續(xù)汲取靜態(tài)電流，為后續(xù)的負(fù)載工作做準(zhǔn)備。

線性穩(wěn)壓器的效率計算公式為：

效率 = (輸出電壓 × 輸出電流) / [(輸入電壓 × 輸入電流) + (輸入電壓 × 靜態(tài)電流)] × 100%

E_ff = （V_O × I_O）/[（V_I × I_I） + （V_I ×I_Q）] × 100%

在對功耗敏感的應(yīng)用場景中，靜態(tài)電流對器件效率的影響尤為顯著。

低壓差穩(wěn)壓器

低壓差穩(wěn)壓器通過將較高的供電電壓轉(zhuǎn)換為更低的穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的電源管理。在這類器件中，靜態(tài)電流（I_Q 或 I_B）指其工作狀態(tài)下內(nèi)部控制電路的消耗電流（見圖1）。

1. 靜電電流（I_Q或I_B）在這里定義為LDO在有源狀態(tài)下內(nèi)部控制電路消耗的電流。

低靜態(tài)電流的低壓差穩(wěn)壓器非常適用于電池供電的移動設(shè)備，另一核心應(yīng)用場景是作為直流 - 直流轉(zhuǎn)換器的后置穩(wěn)壓器，也可直接連接電池，為系統(tǒng)提供低噪聲的供電電壓。

電壓監(jiān)控器

在電池供電的便攜式電子應(yīng)用中，電壓監(jiān)控器需滿足小封裝、低靜態(tài)電流和高精度的設(shè)計要求。電動牙刷的功能框圖（圖2）中，電源管理模塊就集成了一款電池供電的電壓監(jiān)控器，這也是便攜式設(shè)備的典型應(yīng)用案例。

2. 這是一個手持電池供電便攜式電動牙刷的方框圖。

電池供電的電動牙刷、電動剃須刀這類便攜式設(shè)備，其設(shè)計架構(gòu)對低靜態(tài)電流（延長電池壽命）、小體積和高精度有著極高要求，是電壓監(jiān)控器的典型應(yīng)用場景。

電壓監(jiān)控器通常為三引腳小型集成電路，引腳分別對應(yīng)電壓輸入、接地和信號輸出，常見封裝為 SOT-23，靜態(tài)電流多為納安級的三位數(shù)。但對于部分微型電池供電產(chǎn)品而言，尺寸僅 2.9×1.5 毫米的 SOT-23 封裝仍偏大。

目前有更小的封裝選擇：一是超小型無引線封裝 X2SON，尺寸僅 1.0×1.0 毫米；二是更易焊接的 SC-70 三引腳封裝，引腳可見且便于測試，尺寸為 2.0×1.25 毫米。例如德州儀器針對手持電子設(shè)備推出的 TLV809E，便采用了 SC-70 封裝。

超低功耗電壓監(jiān)控器

在極低功耗應(yīng)用場景中，設(shè)計師多會選用超低功耗的電壓監(jiān)控器，例如基于能量收集技術(shù)、免維護(hù)的無線傳感器節(jié)點和智能微塵傳感器。

“智能微塵” 生物傳感器是尺寸僅立方毫米級的無線半導(dǎo)體傳感設(shè)備，可用于監(jiān)測建筑環(huán)境和公共空間，這類傳感器還集成了功能性多孔微米級硅顆粒，能夠?qū)崿F(xiàn)微尺度環(huán)境的監(jiān)測。

此外，納安級靜態(tài)電流的電壓監(jiān)控器還可應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的寬電壓輸入場景。追求性能指標(biāo)的汽車電子設(shè)計師，對器件的低靜態(tài)電流、更快的響應(yīng)速度和更高的閾值精度都有明確要求。

監(jiān)測 12 至 36 伏的電壓閾值時，通常需要使用分壓器來調(diào)節(jié)閾值電壓，避免檢測 / 電源引腳的電壓超過絕對最大值。但遺憾的是，分壓器的使用往往會增加功率損耗，這在汽車系統(tǒng)等諸多設(shè)計中都是不利因素。

目前市場上已有靜態(tài)電流低至 350 納安的電壓監(jiān)控器解決方案，能為系統(tǒng)節(jié)省更多電流余量，這一特性對于待機電流預(yù)算約為 100 微安的汽車常通系統(tǒng)而言必不可少（見圖3）。

3. 這是一個直斷電池電壓監(jiān)控的示例。

物聯(lián)網(wǎng)電池電壓系統(tǒng)的能量收集技術(shù)

電池電壓監(jiān)控器（BVS）能夠有效應(yīng)對電池內(nèi)部的高等效串聯(lián)電阻問題。本節(jié)將介紹兩款采用 180 納米 CMOS 工藝制造的低功耗電池電壓監(jiān)控器。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)中，通常會集成能量收集器 —— 從太陽能電池等能量源獲取能量，并將其儲存至電池中（見圖4）。電池電壓會隨能量收集量與系統(tǒng)總能耗的變化而動態(tài)改變。

4. 該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含電池電壓監(jiān)控器（BVS）。

為防止電路出現(xiàn)異常工作狀態(tài)，同時避免電池遭受永久性損壞，電池電壓監(jiān)控器需持續(xù)監(jiān)測電池電壓，僅當(dāng)電池電壓超過設(shè)定閾值（開啟電壓 V_ON）時，才啟動系統(tǒng)工作（見圖5）。

5. 展示根據(jù)VBAT的BVS概念作。

傳統(tǒng)的電池電壓監(jiān)控器會設(shè)置兩個固定閾值電壓，且閾值間的電壓差為 1 至 10 毫伏，以此避免電路噪聲和誤差導(dǎo)致的系統(tǒng)振蕩。其中關(guān)斷電壓 V_OFF 為下限閾值，設(shè)定了電路能正常工作且不會損壞電池的最低電池電壓；上限閾值開啟電壓 V_ON 則形成遲滯電壓（遲滯電壓 = 開啟電壓 - 關(guān)斷電壓），防止系統(tǒng)在復(fù)位模式和工作模式之間反復(fù)振蕩。

傳統(tǒng)電壓穩(wěn)壓器無法替代電池電壓監(jiān)控器，因為其無法防止電池放電至損壞閾值以下，進(jìn)而造成電池的永久性損壞。