条条道路通节能 节能的挑战与机遇在何处

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条条道路通节能 节能的挑战与机遇在何处 [复制链接]

摩尔定律表明，每24个月(后来业界修正为18个月)IC上可容纳的晶体管数量增加一倍，性能也将提升一倍。2000年底网络泡沫破灭后，人们最为关心成本，其次是功耗和性能。这两年，随着便携式产品的异军突起和全世界节能环保的要求，降低功耗成为了业界普遍关注的大事。　　近日，笔者采访了众多公司，看到他们非常重视节能和环保。西谚说“条条大道通罗马”，由此引申到节能环保，我们可以通过很多方法来实现节能。

众多公司在Electronic Summit2008电源讨论会上发言

(自左至右的代表来自：安森美、Intersil、Mentor、Qimonda、NS和Cadence)

　　节能的设计方法学
　　National Semiconductor公司(以下简称NS)全球伙伴关系市场行销经理Rick Zarr从多个角度谈了看法。

• 我们有时从系统架构层面来实现节能。一个实例是半导体的性能、温度和电源电压的关系。我们的设计出发点是有效工作状态。半导体产品的性能各不相同，其中大部分是CMOS电路，其性能往往要高于你的设计目标。如果你能够适应各种产品的性能特性，就能实现产品的整体性能优化。
• 在芯片层面上，也可以采用新的设计哲学。当前设计方面的一个挑战是，如何突破许多工程师在思路上的线性化框架。工程师们必须把思路延伸到机箱之外。NS现在具有可以在芯片级完成这一工作的产品，即电源电压可自适应缩放的产品。但我们还需要在更高层次上的产品，此时软件就将发挥作用。
• 散热问题，这与电源转换效率有关。当接近理论极限时，设计的回报就很低。由于能量的转换必然伴随着发热，架构设计师和工程师研究我们消耗了多少能量，但是那部分能量又该如何去除？如果你的应用空间固定，而冷却的能力有限，即解决问题的方法受到了约束，因此，这是一个很大的挑战，对于那些要设法利用现有基础设施的人们来说尤为如此。
• 微量节能。实际上，微量节能也能带来巨大的影响，因为其数量会随着用户数量增加而成倍增长。如果你能在保证性能的情况下挤出一点功耗来，无数的功耗累积起来效果巨大。据美国能源部的一个统计表明，如果美国的每一户家庭把一只灯泡用CFL(节能荧光灯)—其效率是白炽灯的两倍—来取代的话，节约下来的能量将足以供300万户家庭使用。这个例子说明，设计工程师们面临的挑战，不仅是那些巨大的挑战—如何用更低的功耗获得更高的性能，也包括如何实现环保等。

　　便携式电源转换拓扑结构经验
　　Intersil公司负责便携式业务的高级产品市场行销经理Andrew Baker说该公司把降低电源划分成为两个部分：

• 系统级及软件性的功耗管理；
• 硬件的功耗管理。

　　设计者需要把这两部分有机地组合起来，以实现优化的功耗特性。
　　从系统设计的角度来看，架构及其划分很重要，设计人员需要确定哪些功能是必需的。例如，手机在大部分时间里是处于待机状态的，因此可以把大部分与RF部分无关的电路关闭。你可以在架构上考虑电能是如何从电池转换为电路电源的，线性的还是开关式的，软件必须管理好这些。软件是确保何时应该按照何种模式工作的关键，有的软件工程师认为它就是宇宙的中心，在大多数情况下的确是这样。软件需要针对实时管理操作进行优化，考虑到全功耗、低功耗、休眠、深度休眠，这些就是人们目前所能想到的处理功耗问题的系统解决方案。我们还应把系统划分为多个微处理器，它们甚至可以在同一片芯片上，让他们能以不同的时钟速度工作。这也是一种优化系统性能的方法。
　　在硬件方面，你可以有多种选择。市场上有多家厂商、多种架构的解决方案。例如，开关式稳压器是手持式装置中常见的一种用于提高效率的手段，但市场上也存在一些线性的、成本更低的解决方案，有时它们更优化。因此架构的选择对于效率极为关键。电源管理方面，你可以采用多种模式。开关稳压器有两种模式：PWM(脉宽调制)和PFM (功率因子模块)，PWM将为满负载条件服务，而PFM将用于轻负载条件。甚至还可以有第三种模式，如LDO(低压降)。事实上低压降的电源效率极高，可避免开关稳压器在开关中消耗的能量。例如，如果你的系统中已经有DC-DC变换器了，你还可以LDO作为第二级。例如，你可能希望系统的内存以1.8V工作，你现在已经有了1.8V的电压轨，而现在又需要为低压的内核供电，于是就可以用一个LDO 来为其提供一个1.2V的电压。这就是一个将两种拓扑结构组合起来，以达到优化的例子。
　　模拟IC