??? 便攜式電子設(shè)備能處理數(shù)據(jù)密集這特點(diǎn)的需求大大地增加了電池的負(fù)擔(dān)，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在電源管理" title="電源管理">電源管理上面臨兩難局面。設(shè)計(jì)者一方面要提供以彩色顯示和高質(zhì)量聲音如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、聲音和視頻流、豐富的游戲內(nèi)容，以及電子郵件和個(gè)人信息的移動(dòng)接入的新型設(shè)計(jì)，另一方面又不能犧牲電池的壽命或設(shè)備的外形及體積。盡管電池技術(shù)逐步得到提高，但仍不能滿足需要。而深亞微米制程技術(shù)中的電流泄露令功耗等式更加復(fù)雜，使得這種新的半導(dǎo)體技術(shù)面臨新的問題。功率轉(zhuǎn)換技術(shù)也已達(dá)到頂峰，無法再有什么重大進(jìn)展。(今天最先進(jìn)的開關(guān)穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換器效率水平已經(jīng)超過90%，可是消費(fèi)者堅(jiān)持要求在電池壽命至少不變的情況下，在設(shè)備上增加新的功能。)

??? 這兩難局面急需一種電源管理的更新構(gòu)思和全面的方法來開發(fā)新系統(tǒng)，只針對(duì)單個(gè)部件而開發(fā)的孤立的、短期的電源效率解決方案是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們更需要將整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)整體考慮，將各個(gè)系統(tǒng)部件在同步工作
的機(jī)會(huì)下加以平衡，以獲得下一代設(shè)備所需要的電源性能。?

PowerWise解決方案

??? 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體" title="美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體">美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的?PowerWise?技術(shù)是減少數(shù)字超大規(guī)模集成電路?(VLSI)?芯片功耗的系統(tǒng)級(jí)方法。這項(xiàng)技術(shù)使得消耗能量的數(shù)字集成電路與提供能量的系統(tǒng)之間緊密合作，產(chǎn)生死循環(huán)系統(tǒng)，將提供峰值能效時(shí)，對(duì)電源的要求減到最少。

??? PowerWise?技術(shù)在數(shù)字芯片上嵌入一個(gè)被稱為先進(jìn)電源控制器?(APC)?的合成的?AMBA兼容內(nèi)核。APC?負(fù)責(zé)監(jiān)控和調(diào)節(jié)數(shù)字集成電路的供應(yīng)電壓，以經(jīng)常達(dá)到當(dāng)前工作頻率" title="工作頻率">工作頻率下的最優(yōu)供應(yīng)電壓。APC?和系統(tǒng)其余部分使用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口：AMBA?兼容主接口和開放標(biāo)準(zhǔn)" title="開放標(biāo)準(zhǔn)">開放標(biāo)準(zhǔn)?PowerWise??接口(PWI)。主接口用于將來自主系統(tǒng)的性能要求傳遞給APC，以協(xié)調(diào)?APC?操作與時(shí)鐘管理系統(tǒng)。PWI?接口用于聯(lián)系電源管理信息和外部電源管理集成電路，以調(diào)整供應(yīng)電壓。

?

??? APC?使之能夠在目標(biāo)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)" title="電壓調(diào)節(jié)">電壓調(diào)節(jié)或完全適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)。使用標(biāo)準(zhǔn)接口使得?APC?能夠很容易地嵌入任何邏輯芯片并與系統(tǒng)的其它部分接口。這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠快速使用新一代功效標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)新的平臺(tái)，將產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)減至最少。

協(xié)作方式

?

??? 即將誕生的新一代設(shè)備如智能電話和手提式媒體播放器，數(shù)據(jù)處理能力將比以前的設(shè)備高幾級(jí)，這就需要從電池獲得額外能量?—因?yàn)殡姵厝萘坎]有可觀地增長(zhǎng)?—并且使兩次充電之間運(yùn)行時(shí)間縮短?？梢娦碌碾娫垂芾砑夹g(shù)是必需的。

??? 這些相同的技術(shù)如自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)，需要各種不同系統(tǒng)部件和軟件間的無縫合作，因此，只有在各個(gè)專門技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先的公司在開發(fā)解決方案上進(jìn)行合作，才可能產(chǎn)生最高效的系統(tǒng)概念。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體和?ARM公司正在合作開發(fā)的先進(jìn)系統(tǒng)級(jí)電源管理技術(shù)為此開創(chuàng)了道路。在使用?ARM?內(nèi)核的系統(tǒng)中，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的?PowerWise?技術(shù)和?ARM?使用?ARM?內(nèi)核的智能能量管理器?(Intelligent?Energy?Manager)?合作得天衣無縫。

??? 當(dāng)?ARM?對(duì)?IEM?處理器的使用進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的?APC?收集關(guān)于處理器性能的信息。IEM?決定了處理器應(yīng)該工作的最佳性能(頻率)?水平，而?APC?將處理器的性能和?IEM?的要求相匹配。這樣一來，APC?將外部電源供應(yīng)的電壓調(diào)整到滿足給定時(shí)鐘頻率的最小值,使能源節(jié)約最大化。

?

??? 圖?2表明了?PowerWise?自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)?在基于?ARM7?的測(cè)試芯片上的結(jié)果。該芯片基于?180?納米工藝設(shè)計(jì)，最大工作頻率為?80?兆赫。

?

??? 在固定的電壓系統(tǒng)上測(cè)試出的?AVS?節(jié)約幅度從?80?兆赫時(shí)的?48%?到?6兆赫時(shí)的81%，大幅地削減了功耗。
圖?3表明了使用?ARM926??內(nèi)核，使用?240兆赫最大工作頻率設(shè)計(jì)的?130?納米芯片上的大幅能源節(jié)約情況。APC?既支持開環(huán)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，也支持實(shí)施死循環(huán)AVS。

?

?

??? 圖?4是在?130?nm?@?96?兆赫的慢速硅最壞情形、快速硅最好情形及典型硅情形下，比較兩步?DVS?電壓投送方案和死循環(huán)?AVS?方案的模擬結(jié)果。在死循環(huán)?AVS?方案中，當(dāng)供應(yīng)電壓與相應(yīng)的能耗為給定芯片速度和芯片溫度的最低值時(shí)，進(jìn)程和溫度補(bǔ)償都能得以實(shí)現(xiàn)。

??? 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的?PowerWise?技術(shù)通過閾值調(diào)節(jié)，進(jìn)一步給微處理器內(nèi)核提供動(dòng)力需要。在深亞微米制程技術(shù)中，由電流泄露產(chǎn)生的靜態(tài)功耗變得十分重要。閾值調(diào)節(jié)通過偏置?N-?和?P-?極減少了泄漏電流，使得晶體管能被更有效地「驅(qū)動(dòng)」。

??? 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司和?ARM?提供的互補(bǔ)能源守恒技術(shù)，在滿足任何特殊的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序?qū)π阅艿囊蟮耐瑫r(shí)，保證了最小的能耗減。

??? 使用了如此強(qiáng)大技術(shù)結(jié)合，個(gè)人便攜式電子設(shè)備的制造商能夠增強(qiáng)他們產(chǎn)品的特色和功能，同時(shí)減少電池大小和重量，并增加電池壽命。和APC、IEM?一起使用?PWI?開放標(biāo)準(zhǔn)，可以減少系統(tǒng)復(fù)雜性，減少設(shè)計(jì)周期。

??? 有關(guān)?PowerWise?技術(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)瀏覽我們的網(wǎng)站：powerwise.national.com/CHS

??? 有關(guān)?PWI?開放標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)信息，請(qǐng)瀏覽網(wǎng)站：www.pwistandard.org