嵌入式系统低功耗设计.pptx

低功耗嵌入式系统应用实例
嫦娥二号中的低功耗系统
计算机功耗
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
嵌入式系统低功耗设计的重要性
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
低功耗设计降低系统的散热要求
低功耗设计有利于节约能源
低功耗设计可减少系统的电磁辐射
低功耗设计可提高系统的安全性
计算机主板中的散热器
功耗类型
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
CMOS非门电路结构
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%
电路功耗的组成
P=Pturn+PShort+PLeakage :CMOS门电路总的平均动态功耗
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
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