集成知識(shí)是電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
摘要:低功耗技術(shù)隨著向新一代演進(jìn)的步伐而變得更為復(fù)雜,也日益依賴于IC 之間的交互性。通過將高效與智能相結(jié)合,半導(dǎo)體技術(shù)在節(jié)能領(lǐng)域中正扮演著極為關(guān)鍵的角色。有的系統(tǒng)需要一些必須始終工作的簡(jiǎn)單功能,如果這些功能由配合DSP工作的MCU完成,則通常可實(shí)現(xiàn)更低的功耗。功耗更低的工作模式可降低電源管理IC本身的損耗,而借助這種工作模式和改進(jìn)后的工藝技術(shù),電源管理IC及相關(guān)組件的效率可獲得進(jìn)一步提升。
關(guān)鍵詞:低功耗 節(jié)能節(jié)電 協(xié)同協(xié)作
低功耗技術(shù)隨著向新一代演進(jìn)的步伐而變得更為復(fù)雜,也日益依賴于IC 之間的交互性。下一代低功耗技術(shù)需要精深廣博的學(xué)院知識(shí)的整合 (institutional knowledge integration)。
對(duì)電源管理與不斷發(fā)展的芯片技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的全面審視顯得越發(fā)重要,而這也凸顯了在DSP、SoC、MCU 與模擬電源管理設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行開放式對(duì)話與協(xié)作的需求。
此外,半導(dǎo)體公司必須想方設(shè)法使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠充分發(fā)揮內(nèi)置于芯片的尖端技術(shù)優(yōu)勢(shì)。否則,系統(tǒng)的節(jié)能潛力將得不到充分的發(fā)揮。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度來看,組件需以極高的復(fù)雜性協(xié)同運(yùn)行,而且這種配合應(yīng)當(dāng)早在SoC 或DSP的設(shè)計(jì)階段就開始。模擬、MCU 和電源設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)镾oC或DSP設(shè)計(jì)小組提供極為寶貴的資料。
盡管產(chǎn)品特性日益豐富,消費(fèi)者的預(yù)期也越來越高,但用更少功耗實(shí)現(xiàn)更高性能的需求卻始終未變。通過將高效與智能相結(jié)合,半導(dǎo)體技術(shù)在節(jié)能領(lǐng)域中正扮演著極為關(guān)鍵的角色。在芯片和將用于日常用品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入節(jié)能特性,將使這些產(chǎn)品更加高效,也將幫助消費(fèi)者更好地承擔(dān)節(jié)能環(huán)保義務(wù)。
工藝節(jié)點(diǎn)從90納米向65納米、乃至45納米的發(fā)展使芯片功耗不斷降低,這主要是由于高密度芯片的工作電壓較低,而功率與電壓的平方成正比。然而,這也會(huì)帶來權(quán)衡折衷,因?yàn)楦呒?jí)工藝的隔離層越薄,某個(gè)靜態(tài)電路的漏電流就越大。
為了在 DSP、應(yīng)用處理器或片上系統(tǒng) (SoC) 不增加功能值的情況下控制有功電流的功率損失,IC 設(shè)計(jì)人員發(fā)明了門控時(shí)鐘等技術(shù),可在芯片某些部分沒有被使用的情況下將其關(guān)閉。
在系統(tǒng)不使用芯片時(shí)還可將其全部關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)更為顯著的節(jié)電效果。這種方法盡管效率很高,但有時(shí)需要采用極低功耗的 MCU 進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外,全部關(guān)閉芯片的做法還要求在MCU與SoC間有極為緊密的聯(lián)接 (linkage),確保在系統(tǒng)需要開啟較大芯片時(shí)這種聯(lián)接能即時(shí)發(fā)揮作用,使SoC被迅速喚醒。
盡管這些技術(shù)仍在發(fā)揮重要作用,但若在此基礎(chǔ)上做更多細(xì)微的變化,則還能進(jìn)一步提高節(jié)能性。例如,TI的Smart Reflex技術(shù)充分利用了工藝范圍 (process corner) 各種變化優(yōu)勢(shì),可監(jiān)控器件在硅芯片接點(diǎn) (silicon junction) 處的工作情況、操作模式以及溫度。有關(guān)數(shù)據(jù)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓與頻率,較大限度地降低功耗。此外,Smart Reflex 技術(shù)還可調(diào)整多核芯片的用電,以降低芯片級(jí)功耗。
芯片間協(xié)作
盡管DSP與SoC在節(jié)電方面取得了長(zhǎng)足發(fā)展,但從定義上說,它們本身仍是門數(shù)較高的器件。根據(jù)占空比的不同,有時(shí)如果將某些功能轉(zhuǎn)移至片外,比如用低功耗MCU作為系統(tǒng)監(jiān)控器的做法可能更省電。不過,這樣做必須滿足兩個(gè)條件:一是芯片間的通信必須快速、可靠與高效;二是MCU必須以極低的功耗運(yùn)行,且支持快速喚醒與關(guān)斷。
有的系統(tǒng)需要一些必須始終工作的簡(jiǎn)單功能,如果這些功能不是由門數(shù)較多的SoC或DSP,而是由配合DSP工作的MCU完成,則通?蓪(shí)現(xiàn)更低的功耗。其它這樣的系統(tǒng)或監(jiān)控功能還包括:
電源監(jiān)控與復(fù)位
電源排序
實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持
人機(jī)接口管理
* 電池管理
* 顯示器管理
DSP 通常采用多個(gè)電源軌,必須上電排序才能正常工作。從系統(tǒng)級(jí)講,電源監(jiān)控、復(fù)位監(jiān)控以及電源排序等都是非;镜谋O(jiān)控功能,這些功能往往通過固定功能器件執(zhí)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在低功耗設(shè)計(jì)中選用DSP時(shí)應(yīng)考慮四大特性:
尋求大容量片上存儲(chǔ)器。
選擇可更好控制外設(shè)的DSP,因?yàn)檫@樣可直接進(jìn)一步降低功耗。
選擇可提供多種待機(jī)狀態(tài)的 DSP。
選擇可提供專門開發(fā)軟件,尤其是為優(yōu)化電源利用并較大限度降低功耗而設(shè)計(jì)的 DSP。
除了用于管理處理器電源,這些固定功能器件對(duì)系統(tǒng)的用途有限,特別是在無需主處理器工作時(shí)卻不能將其關(guān)閉。利用小型低功耗 MCU 替代此類器件,在實(shí)現(xiàn)對(duì)主處理器電源管理的同時(shí),還可執(zhí)行排序、監(jiān)控以及系統(tǒng)級(jí)管理等功能。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇用作處理器監(jiān)控的MCU時(shí),必須考慮工藝技術(shù)與工作電壓,但MCU架構(gòu)的重要性也不容忽視。在許多方面,MCU 的電源優(yōu)化原則與SoC或DSP都是通用的。
例如,MCU 應(yīng)提供以下功能:
容量足夠大的片上存儲(chǔ)器,以顯著降低或徹底消除片外數(shù)據(jù)存取。
集成模擬塊,避免模擬性能受影響。
可打開與關(guān)閉其自身外設(shè)。
在只是來回移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)支持 DMA 功能。
DMA功能尤為重要,因?yàn)楫?dāng)MCU只采集ADC樣片或傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的功耗相當(dāng)大。DMA使ADC能將數(shù)據(jù)樣片直接保存至存儲(chǔ)器,從而使 MCU 進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),直至采集到所需樣片的數(shù)量為止。隨后MCU會(huì)被喚醒以處理樣片,然后再盡快恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)。
TI較新一代的MSP430F5xx MCU系列等低功耗MCU具備一種全新的創(chuàng)新技術(shù),可根據(jù)處理負(fù)載實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)內(nèi)核電壓與時(shí)鐘速度。如前所述,MCU 功率與電壓平方成正比,MCU時(shí)鐘速度的較大值也與內(nèi)核電壓成正比。當(dāng)處理負(fù)載高低不同時(shí),用戶可在運(yùn)行中調(diào)節(jié)時(shí)鐘速度與內(nèi)核電壓,從而優(yōu)化MCU電源。
對(duì)功耗與系統(tǒng)性能而言,SoC、DSP及其電源之間的互動(dòng)是至關(guān)重要的系統(tǒng)級(jí)問題。供電量太大會(huì)浪費(fèi)能源;若供電不足,性能則會(huì)降低。
要想確定可滿足較大IC需求的電源大小,就要對(duì)DSP在較高電壓時(shí)的較大負(fù)載有深入了解。不過,在DSP設(shè)計(jì)前期往往無法獲得這方面的信息。
此外,上電與斷電排序還需要精確的協(xié)作。由于SoC與DSP一般采用多個(gè)電源軌,必須根據(jù)特定排序供電,因此電源必須在較大芯片所要求的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)狀態(tài)變化作出響應(yīng)。多次嘗試將會(huì)浪費(fèi)電源,并降低性能。
功耗更低的工作模式可降低電源管理IC本身的損耗,而借助這種工作模式和改進(jìn)后的工藝技術(shù),電源管理IC及相關(guān)組件的效率可獲得進(jìn)一步提升。例如,工藝技術(shù)的改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)更低功耗的開關(guān)電阻、更少的門電容和更低的泄漏電流,從而可分別降低I2R損耗、開關(guān)損耗以及偏壓/靜態(tài)電流。上述各種技術(shù)發(fā)展已經(jīng)用于TI較新低功耗DSP與應(yīng)用處理器,可將功耗降至前代器件的三分之一。
關(guān)于作者
Leon Adams,德州儀器DSP戰(zhàn)略市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理,負(fù)責(zé)管理TI的DSP產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃。
Kevin Belnap,TI MSP430超低功率微控制器產(chǎn)品部產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理。
Jeff Falin,TI便攜式電源應(yīng)用產(chǎn)品部的高性能模擬工廠應(yīng)用工程師。
相關(guān)閱讀:
- ...2011/05/23 13:50·集成知識(shí)是電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
- ...2009/12/28 13:16·集成知識(shí)是電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
- ...·圖文詳解汽車儀表板背后的車規(guī)級(jí)安全設(shè)計(jì)要求
- ...·使用有安全保障的閃存存儲(chǔ)構(gòu)建安全的汽車系統(tǒng)
- ...·反向偏置差分線性傳感器的較新進(jìn)展和應(yīng)用
- ...·艾德克斯測(cè)評(píng)某品牌智能插座——待機(jī)功耗篇
- ...·三線電阻式溫度檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)中勵(lì)磁電流失配的影響(續(xù))
- ...·三線電阻式溫度檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)中勵(lì)磁電流失配的影響
- ...·RTD測(cè)量系統(tǒng)中勵(lì)磁電流失配的影響
- ...·藍(lán)牙BR/EDR 和 Bluetooth Smart的十大重要區(qū)別
- ...·IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與應(yīng)用
- ...·增強(qiáng)版ARM DesignStart:通向定制化SoC的較快、較低風(fēng)險(xiǎn)之路
- ...·實(shí)體零售轉(zhuǎn)型O2O,倉儲(chǔ)物流的智能化水平從何提升?
- ...·幾種車用LED驅(qū)動(dòng)方案的比較
- ...·藍(lán)牙配對(duì)第二篇:密鑰生成方法
- ...·中電瑞華推出領(lǐng)先的無線數(shù)據(jù)采集解決方案
- ...·安森美半導(dǎo)體配合市場(chǎng)趨勢(shì)的無線充電方案
- ...·安森美半導(dǎo)體配合汽車照明設(shè)計(jì)趨勢(shì)的解決方案
- ...· “芯創(chuàng)杯”首屆高校未來汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)大賽報(bào)名正式啟動(dòng)
- ...· 探秘第二屆衛(wèi)藍(lán)山鷹“創(chuàng)新·共享”試驗(yàn)技術(shù)論壇!
- ...· “2018中國(guó)半導(dǎo)體生態(tài)鏈大會(huì)”在江蘇省盱眙舉行
- ...· 新主題新規(guī)劃,CITE 2019瞭望智慧未來
- ...· 從汽車到工廠,TI毫米波傳感器致力于創(chuàng)造更智能的世界
- ...· 意法半導(dǎo)體(ST)、Cinemo和Valens在CES 2018展上聯(lián)合演示汽車信息娛樂解決方案
- ...· 北京集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇即將在京召開
- ...· 三菱電機(jī)強(qiáng)勢(shì)出擊PCIM亞洲2017展
- ...· GPGPU國(guó)產(chǎn)替代:中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的空白地帶
- ...· 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中Wi-Fi連接的四個(gè)關(guān)鍵因素
- ...· 第三屆中國(guó)MEMS智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)即將于蚌埠拉開帷幕
- ...· IAIC專項(xiàng)賽演繹“中國(guó)芯“應(yīng)用創(chuàng)新,信息安全高峰論壇亮劍海寧
- ...· 智能控制有源鉗位反激
- ...· 解讀5G毫米波OTA 測(cè)試技術(shù)
- ...· 多個(gè)市場(chǎng)高速增長(zhǎng)推動(dòng)Molex加強(qiáng)汽車領(lǐng)域的發(fā)展
- ...· 中國(guó)綠色制造聯(lián)盟成立大會(huì)召開在即 政產(chǎn)學(xué)研用共探綠色發(fā)展新模式
- ...· Efinix® 全力驅(qū)動(dòng)AI邊緣計(jì)算,成功推出Trion™ T20 FPGA樣品, 同時(shí)將產(chǎn)品擴(kuò)展到二十萬邏輯單元的T200 FPGA
- ...· 英飛凌亮相進(jìn)博會(huì),引領(lǐng)智慧新生活
- ...· 三電產(chǎn)品開發(fā)及測(cè)試研討會(huì)北汽新能源專場(chǎng)成功舉行
- ...· Manz亞智科技跨入半導(dǎo)體領(lǐng)域 為面板級(jí)扇出型封裝提供化學(xué)濕制程、涂布及激光應(yīng)用等生產(chǎn)設(shè)備解決方案
- ...· 中電瑞華BITRODE動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)順利交付北汽新能源
- ...· 中電瑞華FTF系列電池測(cè)試系統(tǒng)中標(biāo)北京新能源汽車股份有限公司
- ...· 中電瑞華大功率高壓能源反饋式負(fù)載系統(tǒng)成功交付中電熊貓
- ...· 中電瑞華國(guó)際在電動(dòng)汽車及關(guān)鍵部件測(cè)評(píng)研討會(huì)上演繹先進(jìn)測(cè)評(píng)技術(shù)
- ...· 數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)設(shè)備
- ...· 簡(jiǎn)儀科技踏上新征程
- ...· 易靈思® 宣布 AEC-Q100 資質(zhì)認(rèn)證和汽車系列產(chǎn)品計(jì)劃
- ...· 易靈思® 宣布擴(kuò)充高性能 鈦金系列™ FPGA 產(chǎn)品 鈦金系列產(chǎn)品擴(kuò)充至包含 1M 邏輯單元的 FPGA
- ...· 易靈思® 宣布Trion® Titanium 在臺(tái)積電 (TSMC) 16納米工藝節(jié)點(diǎn)流片
- ...· TI杯2019年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽頒獎(jiǎng)典禮在京舉行
- ...· BlackBerry QNX虛擬機(jī)獲得全球首個(gè)汽車安全完整性等級(jí)(ASIL) ‘D’認(rèn)證
- ...· 威馬汽車選擇BlackBerry助力下一代汽車