嵌入式系统第6章 低功耗设计与系统稳定性问题.pptVIP

*（1）BGA器件的特点BGA器件的优点管脚密度大：相对于同样尺寸的QFP器件，BGA能够提供多至几倍的引脚数。BGA器件缺点几乎不能手工焊接。焊球在芯片的下面，焊接完成之后很难去判断其焊接质量。一旦发现焊接问题，重焊过程复杂。在调试阶段，几乎无法飞线。*（2）BGA器件的布线问题中、大管脚间距BGA器件小管脚间距BGA器件主要取决于生产工艺。多个BGA器件的布局问题注意：所有BGA器件要在板的同一面。第一版硬件设计、布线时需要注意的问题电源和地管脚一定不要搞错。所有信号都引出，以便飞线。*与功耗有关的因素:（1）电阻上消耗的功率（2）有源器件的开关转换阶段（3）集成电路内部和外部电容的充放电（4）系统的性能指标、负载能力、被处理信号的工作频率、电路的工作频率、电源的管理水平、零部件的性能、散热条件、接口的物理性能等对系统功耗起着重要的作用。*2)降低功耗的措施*3)元件工艺的低功耗在集成电路设计中采用低功耗的电路设计电源设计存储器(SDRAM、ROM)的高速化与低功耗高集成度的完全单片化设计内部电路可选择性地工作宽电源电压范围具有高速和低速两套时钟在线改变CPU的工作频率后备功能(idle,power-down)使用低功耗的元件*8.1.2硬件系统的低功耗设计嵌入式系统的功耗主要由以下3部分组成：（1）嵌入式处理器的功耗（2）存储器的功耗（3）外部设备的功耗* 1、选择低功耗的器件CMOS电路的特点和选用不用的引脚的处理-输出为高原则选用高速低频工作方式与电磁兼容性矛盾选用低功耗的处理器选用低功耗的通信收发器(网络功能）选用低功耗的存储器件2、选择低功耗的电路形式集成化的电路有利于降低功耗集成化器件比分离件功耗低降低晶振电路的工作频率会降低系统的性能* 3、单电源、低电压供电模拟器件例：运算放大器LM324，其单电源电压工作范围为5-30V，当电源电压为15V时，功耗约为220mW；当电源电压为10V时，功耗约为90mW；当电源电压为5V时，功耗约为15mW。低电压供电对于减低器件电流消耗的作用十分明显。缺点：降低了系统的动态范围数字器件降低电源电压，一般不会有性能影响。4、分区供电降低功耗5、传感器分时供电* 6、电源管理单元的设计考虑（1）全速工作：消耗的功率最大（2）空闲方式处理器的工作停止可以响应中断可以通过中断退出（3）掉电方式不响应中断，只能复位退出。* 7、降低处理器的时钟频率* 8、降低系统的持续工作电流 在一些机电系统设计中，尽量使系统在状态转换时消耗电流，在维持工作时刻不消耗电流。例如IC卡水表、煤气表等，在打开和关闭开关时给相应的机构上电，开关的开和关状态通过机械机构保持，而不通过电流保持，可以进一步降低电能的消耗。*8.1.3软件系统的低功耗设计 1、编译低功耗优化技术不同的指令执行的时间不同，消耗的功率不同。采用编译优化：（1）代码大小（2）执行时间（3）节省功率目前实现起来比较困难2、硬件软件化只要是硬件电路，必然消耗功率方案硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、滤波等* 3、尽量减少处理器的工作时间嵌入式系统中，CPU的运行时间对系统的功耗影响极大，故应尽可能的缩短CPU的工作时间，较长地处于空闲方式或掉电方式是软件设计降低单片机系统功耗的关键。在开机时靠中断唤醒CPU，让它尽量在短时间内完成对信息或数据的处理，然后就进入空闲或掉电方式，在关机状态下让它完全进入掉电方式，用定时中断、外部中断或系统复位将它唤醒。这种设计软件的方法是所谓的事件驱动的程序设计方法。* 4、采用快速的算法数字信号处理中的运算，采用如FFT和快速卷积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数作近似，也是减少功耗的一种方法。5、通信系统中提高通信的波特率在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，尽量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的数据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短。发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用查询方式。* 6、数据采集系统中尽量降低采集的速率A/D转换需要消耗功率，采集的速度快，则消耗的功率多产生的数据量大，处理数据需要大量的CPU时间，消耗功率数据处理，抗干扰处理等数据的传输需要消耗功率* 7、软件设计成中断驱动方式*8、使用睡眠方式许多MPU设有低功耗模式，即睡眠方式（SLEEP)