在设计IC时如何加入节能思想

2013-05-27 21:07:44来源: 互联网
从房屋自动化,到工厂的厂房,很多公司都针对它们在研发能节约能耗的智能解决方案。这些方案中的很多都是来自于集成电路(IC)设计者们非常有创意的想法。对应用的深层理解,突破性的智力成果和对功耗的削减都能对更好的管理能源起到很大的促进作用。尽管现在的IC应用在功能和作用方面有所不同,但是它们都遵循着一个共同的原则。

  以警报器和安全探测器为例,仅研发一个电池就需要耗费数年的时间。充分了解可用电池的具体规格、可接受的电池交换进程数、安全等级以及频次要求能够为在应用电路上增加智能层提供更合适和准确的解决方案。节约能源问题可以通过很仔细的定义设备的逻辑能力得到解决,其中设备的逻辑是用来控制设备能做什么,不能做什么,并且合理的建立电源域的。

  比较典型的可选方案包括,集成一个拥有完善功能的状态机或者植入一个能灵活处理很多“what-if”输入和其他情况的微处理器。针对不同的应用场合,每种方案都可以定义可选的备用模式,高耗电行为的时限和运行模式。这种灵活性需要设计者和使用者对电源进行多种方式的控制,包括定义该用途所要求功能的使用范围。

  从另一个观点出发,进一步的功能整合可以包括将该应用中为某些功能服务的无效硬件和系统除去的作用。例如,,监测、控制和开账单(例如,有效地为能源使用的客户终端开具发票)等附加功能使一个简单的从IC到工业网络的交互发生巨大的改变。事实上,这些以前的子系统硬件和软件组件都能被全部重新设计或者去掉,而它们的功能作用将被全部移交给成本更低的硅IC。

  通过对应用环境的充分理解,可以在IC中加入互补模块来消除低效率或者无效率。例如,可以在单片机里加入一个高/低输出动力模式单元。这样,用户就可以在电路板外面为可靠传输选择最有效的设置。


突破性知识成果

  硅中嵌入单元构成了一个公司改进提升智能模块和其产品系列的主要工作。不断的研究开发和采取其他获得智能模块的举措会促使企业走上一条通往发现革命性解决方案的道路,即,增强电源效率和功能的方法。安森美半导体就是一个很好的例证,安森美为它的射频产品发明了一种电路和操作模式,使得产品能够在一个接收活动的工作周期里处理能耗问题。

  为了解决工业标准的接收唤醒时间长达500-μs 到1-ms的问题,开发出了一种能够提供快速RF晶振启动的 “快速启动”振荡器。只需要15μs,晶振就能启动。在130μs内,集成接收器就能开始接受或者检查射频信号的状态。这个结果意味着减少了至少75%的等待时间,这就直接增加了低耗能应用电池的寿命。

  作为上面提到的新型振荡器产品的配套产品,该公司开发了sniff模式可设计工作周期。在这里,使用的是低端、专用型、嵌入式微处理器逻辑来控制物理IP的.因此,在芯片和它所驱动的设备终端上同时降低了能源消耗。并且由于它能在非工作时间关闭掉那些不关键的功能,因此不仅能减少能源消耗,而且能使系统的总体性能起到很大的改善。

  削减损耗

  众所周知,一个效率低下的系统会损耗能源。对于ICs也是同样的道理。可调整的阻抗匹配就是一个很好的例子。通过研发能存储记录器设置的单片式电可擦除只读存储器,能使低噪音扩大器的阻抗削减到和一个为了改善信号接收能力而外接的射频接受天线适合的程度。

  另外,一些物体,例如墙壁,设备,储油罐能使RF传输受到干扰。如果这些物体是移动的,或者无线电收发器经常变换位置,那么想要获得清晰的传输将是件很有挑战性的工作。另一个方面,如果为了应对强干扰的情况而把能源消耗增加到一个不变的程度,那么当障碍物较少的时候,这就会造成能源浪费。为了解决这种两难的局面,可以设计一个带有自动调节能源阈值的IC,这样就能自动的和动态的调节设备以从噪声中接收到良好的信号。(sniff模式包括这一功能)

  为了使信号能完全通过数据通道传送出来而一味地加大传输信号的强度,不如尝试增强信号接受器的灵敏度和稳定可靠性。这样,在同一个信号强度下,反而更易于接收。在RF中,通常建议加入一个“时钟和数据恢复”电路,这能使数据传输时钟和数据接收时钟同步。另一个例子是通过使用两个独立的接收通道实现天线空间的多样化。为了避免浪费能源,双波长接收系统能降低重复发送相同信息的可能性。

  使用IC能比使用其它不同的方案降低能耗。IC的一个固有特征就是它小巧的体积,因为它是由更小体积的单元格和块组成的。这些单元格和单元块不仅能起到和其他方法相同的作用,而且能使得热消耗更低,使得数据块间的操作更有效和可靠。同时,使用IC通常需要的外部接入设备更少,因而整体的能耗也就降低了。

  当运行速度和功能性等其他指数都相同的时候,硅元件较小的几何尺寸需要更低的电流来实现同样的电路功能。在生产制造环境里,印刷电路板过程中,一个小的器件封装也能够使得设备系统的运行效率更高,所耗材料更少。

  功率预算是一个长期存在的限制。为了能节约能源,单片机设计者可以通过全面深刻的理解和处理应用需求来改变已有的能源供应。一种方法是开发出一种全新的电路,这种电路能智能地把节能提升到一个更高水平。另一个方法就是简单的削减可能存在的能耗。

关键字:设计  IC  节能思想

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0527/article_18716.html
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