嵌入式系统低功耗设计

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1、嵌入式系统低功耗设计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：

2、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

3、”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

4、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电路系统功耗设计的基本原则电源电压宜低不宜高，工作电压的降低可以显著减少系统功耗。时钟宜慢不宜快，所以在满足需求的前提下，尽可能降低系统工作时钟的频率。系统宜静不宜动，在没必要的时候，可停止系统的工作，如关闭工作时钟、停止对内存的访问、停止总线的时序操作等系统级硬件功耗控制方法选择低功耗器件采用低功耗电路形式充分利用器件的低功耗工作模式选择低功耗电源电路分区分时供电动态电压与频率调节其它硬件功耗控制方法选择低功耗器件CMOS器件具有低功耗、高

5、输入阻抗的特点，广泛采用CMOS器件可降低嵌入式系统功耗选择处理器时，不仅要关注其计算速度、接口和功能的多少，还要关注其功耗特性选择存储器、接口控制器等器件时也要考虑功耗的问题采用低功耗电路形式功耗可以达到100W~200W左右采用低功耗电路形式功耗20W左右采用低功耗电路形式系统功耗可控制在10W以内充分利用器件的低功耗工作模式从处理器，到各类接口控制、存储器，很多都有不同的功耗模式软件控制S3C44B0X时钟发生器是否向各个功能模块提供时钟，从而实现功耗的控制S3C44B0X有5种功耗模式：正常模式、慢速模式、停机模式、IDLE模式、SLIDLE模

6、式选择低功耗电源电路嵌入式系统需要直流供电。通常情况下，先由外部直流电源或电池提供初级的直流供电，在电路板上再用DC-DC电源电路将输入电压变换为电路需要的各种电压DC-DC电源电路会产生功耗，电压转换效率越低，功耗越大。在嵌入式系统的低功耗设计中，电源电路自身的功耗是一个需要重点考虑的因素直流电源输入线性稳压电源原理缺点：效率低、功耗大、常需要散热优点：稳定性高、纹波小、电磁兼容性能好、电路简单集成线性稳压器DC-DC开关电源Boost升压型电源Buck降压型电源Boost升压型电源变换电路原理当开关管导通时，二极管可防止电容对地放电，输入电源对电感

7、充电；当开关管断开时，电感存储的电能向电容充电，使电容两端电压升高。如果电感量、电容量足够大，开关管通断的过程不断重复，可以在电容两端得到高于输入电压的电压。Boost升压型电源变换电路Buck降压型电源变换电路通过开关管的通断，将输入直流电压变为方波，再利用LC滤波电路对方波进行滤波，得到比输入电压低的输出电压。输出电压与方波的占空比及开关频率有关。Buck降压型电源变换电路DC-DC开关电源特点优点：效率可以达到90%左右，不会象线性电源那样产生大量的热量缺点：电磁辐射，输出纹波较大，电路更复杂集成开关电源控制器嵌入式系统电源电路选择输入、输出电压

8、差距大，考虑开关电源电源功率大，考虑开关电源升压电源，要用开关电源电流小、压差小、纹波要求高、