嵌入式系统低功耗设计.pptVIP

典型手机的组成模块数字电路的功耗与工作频率成正比、与工作电压的平方成正比，所以降低工作频率、降低工作电压可明显降低功耗动态电压调节(DVS，DynamicVoltageScaling)是一种通过控制供电电压调整系统功耗的技术动态电压与频率调节（DVFS，DynamicVoltageandFrequencyScaling）动态电压与频率调节A具有能对处理器负荷进行评估和预测的智能软件或硬件B电源管理模块支持电压调节，根据指令调节输出电压，使处理器工作电压与其任务负荷相适应C微处理器本身支持DVS技术，可以在一定的电压范围内正常工作动态电压调节的条件嵌入式系统低功耗设计低功耗嵌入式系统应用实例嫦娥二号中的低功耗系统功耗：设备输入功率和输出功率的差额计算机是一种电子设备，正常工作必定产生功耗独立工作的嵌入式系统，如果没有输出功率，其消耗的电能最终都转化热量过高的功耗会带来散热、能源浪费、电磁干扰、稳定性降低、安全隐患等一系列问题计算机功耗215低功耗设计可延长电池供电系统持续工作时间低功耗设计是延长系统使用寿命、提高系统稳定性的需要低功耗设计可减少系统的电磁辐射4低功耗设计有利于节约能源3低功耗设计降低系统的散热要求6低功耗设计可提高系统的安全性嵌入式系统低功耗设计的重要性计算机主板中的散热器030201静态功耗：门电路的状态不发生翻转时，门电路的功耗，CMOS门电路的静态功耗非常小动态功耗：当门电路状态发生翻转时产生的功耗。电平发生翻转时，会产生瞬间的大电流，并引起负载电容的充/放电，产生较大功耗动态功耗是影响系统功耗的主要因素功耗类型当VIN=0V时，TN截止，TP导通，VOUT≈VDD，为高电平当VIN=VDD时，TN导通，TP截止，VOUT≈0V，为低电平CMOS非门电路在静止状态下，总有一个MOS管处于截止状态(nW级功耗)CMOS门电路动态功耗包括两个部分：电容充放电功耗、瞬时导通功耗CMOS非门电路结构CMOS门电路电容充放电功耗Pturn当输入翻转为“0”时，TP导通，电源通过PMOS向负载电容充电当输入翻转为“1”时，负载电容通过TN向地放电。随着CMOS门电路状态的改变，负载电容上不断发生充、放电过程，从而产生功耗，这就是电容充放电功耗电容充放电引起的平均动态功耗占门电路全部功耗的70%到90%CMOS门电路瞬时导通功耗Pshort实际应用中，转移曲线并不是理想的方形，BCDE时间不为零，零内阻的MOS管会在电源与地之间形成直接短路的现象对大多数芯片，瞬时导通功耗占总动态功耗的5%到10%P=Pturn+PShort+PLeakage：CMOS门电路总的平均动态功耗动态功耗是总功耗的主要部分，但静态功耗也是不可忽视的一部分电容充放电功耗和瞬时导通功耗组成的动态功耗是主要因素，静态功耗的影响较小电路功耗的组成时钟宜慢不宜快，所以在满足需求的前提下，尽可能降低系统工作时钟的频率。系统宜静不宜动，在没必要的时候，可停止系统的工作，如关闭工作时钟、停止对内存的访问、停止总线的时序操作等电源电压宜低不宜高，工作电压的降低可以显著减少系统功耗。电路系统功耗设计的基本原则选择低功耗器件01采用低功耗电路形式02充分利用器件的低功耗工作模式03选择低功耗电源电路04分区分时供电05动态电压与频率调节06其它硬件功耗控制方法07系统级硬件功耗控制方法CMOS器件具有低功耗、高输入阻抗的特点，广泛采用CMOS器件可降低嵌入式系统功耗01选择处理器时，不仅要关注其计算速度、接口和功能的多少，还要关注其功耗特性02选择存储器、接口控制器等器件时也要考虑功耗的问题03选择低功耗器件采用低功耗电路形式功耗可以达到100W~200W左右采用低功耗电路形式功耗20W左右采用低功耗电路形式系统功耗可控制在10W以内从处理器，到各类接口控制、存储器，很多都有不同的功耗模式01软件控制S3C44B0X时钟发生器是否向各个功能模块提供时钟，从而实现功耗的控制02S3C44B0X有5种功耗模式：正常模式、慢速模式、停机模式、IDLE模式、SLIDLE模式03充分利用器件的低功耗工作模式选择低功耗电源电路嵌入式系统需要直流供电。通常情况下，先由外部直流电源或电池提供初级的直流供电，在电路板上再用DC-DC电源电路将输入电压变换为电路需要的各种电压DC-DC电源电路会产生功耗，电压转换效率越低，功耗越大。在嵌入式系统的低功耗设计中，电源电路自身