低功耗芯片設計幾種常用方法!
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隨著芯片圖形尺寸越來越小,低功耗芯片設計作為一種新興的芯片設計方法在現(xiàn)在及未來的芯片領域中會起到越來越重要的作用,低功耗芯片設計促進了智能手機,移動設備,物聯(lián)網(wǎng),及高性能計算等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
芯片功耗主要由三部分組成:動態(tài)功耗(也叫開關功耗是邏輯門在工作時給負載電容充放電引起的),短路功耗(是邏輯電路翻轉(zhuǎn)過程中造成瞬態(tài)短路引起的),及靜態(tài)功耗(也叫泄漏功耗是由于邏輯電路中的泄漏電流引起的),因此,低功耗設計主要是圍繞著如何減少這三部分功耗來進行的。
下面驪微電子給大家介紹幾個典型的電源ic低功耗設計與管理方法:
一、低壓降穩(wěn)壓器:是一種直流線性穩(wěn)壓器,利用反饋來進行穩(wěn)壓,其電路由PMOS傳輸門,高增益誤差放大器,及分壓電阻組成(有時也帶有去耦合電容)。它可以提供大范圍的電源電壓輸出,具有噪聲小,低成本,集成度高的優(yōu)點,因此在低功耗設計中廣泛使用。

二、動態(tài)壓頻調(diào)節(jié):針對的是減少動態(tài)功耗。動態(tài)功耗和電路工作頻率成正比,也和電源電壓的平方成正比。因此,如果能隨時判斷出電路的工作狀態(tài),并隨之調(diào)整工作頻率及電源,就可以達到減少功耗的目的,動態(tài)壓頻調(diào)節(jié)控制器會根據(jù)電路的工作狀態(tài)來決定電源電壓和工作頻率!

動態(tài)壓頻調(diào)節(jié)是為了減少芯片工作時的功耗,因此設計者需要十分了解芯片上各個模塊的工作狀態(tài),才能設計出好的動態(tài)壓頻調(diào)節(jié)控制器,同時在時序優(yōu)化上也要考慮到電壓的變化。一個好的動態(tài)壓頻調(diào)節(jié)可以做到節(jié)省20%的動態(tài)功耗!
三、電源閥門:針對的是靜態(tài)功耗(泄漏電流引起的功耗),在某些功能模塊不工作時,把它的電源斷開,在晶體管的亞閾值范圍內(nèi),泄漏電流與電壓是呈指數(shù)的關系,因此這種方法對減小靜態(tài)功耗效果十分顯著。

要實現(xiàn)一個理想的電源閥門,會對這個小小的開關有很多要求:導通時的電阻值要;斷開時電阻值要很大(以減小其漏電流);開啟和斷開的響應要快。實際上,芯片里的電源閥門不只是單獨一個晶體管開關,而是由成百上千個晶體管開關組成的。如何擺放這成百上千個電源閥門,需要進行準確的計算和分析,按照一定的順序和時間依次打開的。這樣就可以有效地控制涌流。
功耗會影響電路性能,芯片散熱,以及芯片可靠性等一系列問題,已成為目前芯片設計中最重要的因素,以上介紹的在電路級上進行低功耗設計及優(yōu)化希望對你能有所幫助,隨著器件工藝,電路設計,系統(tǒng)集成,和軟件開發(fā)的不斷完善,低功耗設計也會在以上的各個方面不斷發(fā)展進步。
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