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隨著(zhù)高數據率基礎設施在全球范圍的不斷擴張，以及多媒體設備的日益普及，多功能手機像以語(yǔ)音為主的手機一樣幾乎一直處于使用狀態(tài)，但需要依賴(lài)于電池的容量。試設想當前用戶(hù)可以在各自設備上進(jìn)行的所有功能操作，例如下載/共享/收聽(tīng)音樂(lè )、下載/共享照片、玩游戲以及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行影視觀(guān)賞和餐館訂位等等，而這些正逐漸成為一種全天候的生活方式，因此需要設備具備更長(cháng)的運行時(shí)間來(lái)支持。 用戶(hù)體驗對終端用戶(hù)而言十分重要，而且網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商和內容提供商同樣依賴(lài)這些新的多媒體功能及其擴展業(yè)務(wù)進(jìn)行創(chuàng )收，故電池壽命受限意味著(zhù)贏(yíng)收受限。 目前的功率轉換效率已超過(guò)90%，效率的進(jìn)一步提升對整體的影響將很小。因此，有必要采用新技術(shù)進(jìn)行系統級能量管理。如果處理器能夠根據實(shí)際需要調節頻率，同時(shí)結合能根據頻率來(lái)降低電壓的功率管理技術(shù)，就可以顯著(zhù)降低能耗，相應延長(cháng)了運行時(shí)間。 電壓調節 電壓調節和節能的概念可以通過(guò)數字系統的能耗公式來(lái)表述： E={(CVDD2f)+(VDDILEAK)}t 這里動(dòng)態(tài)項包括C(電路電容)、VDD(電源電壓)和f(時(shí)鐘頻率)；靜態(tài)項由數字門(mén)電路的ILEAK(泄漏電流)決定。從該式可看出，為什么在數字電路中采用常用的節能技術(shù)可通過(guò)降低處理引擎的頻率(f)和電壓(VDD)以最終能減少能量消耗。動(dòng)態(tài)電壓調節(DVS)和自適應電壓調節(AVS)是兩種常用的電壓調節技術(shù)。圖1顯示了DVS和AVS實(shí)現的節能情況。 什么是DVS 和 AVS？ DVS是一種開(kāi)環(huán)方案，通過(guò)預特征削減或利用電壓-頻率查找表來(lái)調節電壓和頻率。這些電壓必須足夠高以維持所有器件和溫度范圍內的功能性。雖然這種開(kāi)環(huán)方案可以節省相當可觀(guān)的能量，但無(wú)法實(shí)現所有可能的能量節約。 AVS 是一種閉環(huán)方案，在盡可能降低電源電壓的同時(shí)仍能及時(shí)完成任務(wù)。DVS把電源電壓調節到固定的預特征值，而忽略了進(jìn)程、溫度和電源的變化。AVS則在確定最佳電源電壓時(shí)把所有這些因素都考慮在內，以確保能耗最小化。 
圖1：對比固定電壓工作模式，DVS和 AVS技術(shù)實(shí)現的節能情況。 AVS的工作原理 AVS是一種系統級解決方案，可以對SoC中的各個(gè)處理引擎的電源電壓進(jìn)行獨立的自動(dòng)控制，從而降低數字SoC解決方案的能耗。AVS把可綜合的與先進(jìn)微控制器總線(xiàn)架構 (AMBA)兼容的內核，以及先進(jìn)功率控制器(APC)嵌入在SoC中，如圖2所示。 APC使系統能在目標SoC上實(shí)現動(dòng)態(tài)電壓調節或全自適應電壓調節。APC通過(guò)與供電系統的相互作用，在保持峰值效率的同時(shí)減少電源需求，以確保當前SoC時(shí)鐘頻率下的電源電壓得到最小化，從而將數字邏輯能耗降至最低。 APC利用三個(gè)接口連接系統的其余部分：兼容AMBA的主機接口，時(shí)鐘管理單元(CMU)接口，以及開(kāi)放式標準PowerWise接口(PWI)。主機接口用來(lái)控制和配置APC2，而CMU接口用來(lái)協(xié)調電壓和頻率的變化。 PWI 是一種簡(jiǎn)單而快速(高達15MHz)的兩引腳串行接口，是專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足AVS及DVS要求而設計的，并具有廣泛的編程選項以適應多用途應用。最新的PWI 2.0標準支持同一條總線(xiàn)上的多個(gè)SoC和外設。PWI接口用于與外部能量管理單元(EMU)進(jìn)行功率管理信息的通信，或是控制其它外設。
圖2：AVS實(shí)現方案。 本文小結 隨著(zhù)越來(lái)越多的媒體內容以及高速數據率的出現，如何在多媒體手機中進(jìn)行高速處理，同時(shí)節省能量以延長(cháng)電池壽命正成為挑戰。AVS等先進(jìn)的電源管理技術(shù)可以大幅度降低數字處理的能耗，從而延長(cháng)設備運行時(shí)間，增強用戶(hù)體驗。利用這些先進(jìn)的節能技術(shù)無(wú)需再每隔數小時(shí)就要為電池充電，延長(cháng)了手機通話(huà)時(shí)間、游戲時(shí)間或視頻時(shí)間。因此，這些技術(shù)上的進(jìn)步讓我們能享受到更多的移動(dòng)業(yè)務(wù)。 作者：美國國家半導體公司 應用和市場(chǎng)工程師 Netnarin(Joy)Taylor |
