鋰離子電池管理芯片的研究及其低功耗設(shè)計 — 鋰離子電池管理芯片的功能設(shè)計及功耗優(yōu)化(二)
3.3鋰離子電池管理芯片的功耗優(yōu)化
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201706/348226.htm從上面的分析可以看出,此芯片是一個連續(xù)工作的數(shù)模混合系統(tǒng),同時又以被監(jiān)測的鋰離子電池為供電電源,因此必須能夠在電池電壓的整個變化范圍內(nèi)正常工作。在實(shí)現(xiàn)電路功能并滿足檢測精度的前提下,為了盡可能延長電池壽命,降低電路功耗成了另外一個重要的設(shè)計指標(biāo)。由于控制邏輯部分屬于數(shù)字電路,其靜態(tài)功耗幾乎可以忽略,所以在優(yōu)化邏輯電路動態(tài)功耗的前提下,如何降低模擬電路的靜態(tài)功耗并且限制低電壓下系統(tǒng)功耗成了設(shè)計重點(diǎn)。
3.3.1 DPM技術(shù)在數(shù)?;旌闲盘栂到y(tǒng)中,同樣可以采用數(shù)字電路的DPM技術(shù)來進(jìn)行功耗優(yōu)化。即根據(jù)負(fù)載和任務(wù)的變化,及時關(guān)掉暫時不工作、也不影響整個系統(tǒng)輸出的電路部分,從而減小系統(tǒng)功耗。和傳統(tǒng)DPM理論相比,混合信號電路中的控制對象不再是數(shù)字電路而是模擬電路,這樣也能夠更有效地節(jié)省系統(tǒng)靜態(tài)功耗。然而,目前的DPM理論還大多數(shù)集中在純數(shù)字電路系統(tǒng)、或是多媒體、無線通信領(lǐng)域。面向電池管理芯片的混合信號電路DPM理論還未見報道。
一般地,系統(tǒng)受外界負(fù)載信號的激勵做出響應(yīng),為了響應(yīng)任務(wù)而需要消耗能量。由于負(fù)載信號的到來相互間沒有聯(lián)系,沒有任何特征,一般也不遵從一定的概率分布。在不能預(yù)知負(fù)載特性的情況下,系統(tǒng)必須能檢測并且判斷負(fù)載性質(zhì),根據(jù)合理的DPM策略來決定系統(tǒng)內(nèi)部模塊的工作狀態(tài)。因此,可以先從功耗管理器(Power Manager, PM)的系統(tǒng)抽象結(jié)構(gòu)入手,再進(jìn)一步研究管理器的內(nèi)部組成及實(shí)現(xiàn)。
1 PM抽象結(jié)構(gòu)
按照相應(yīng)功耗管理實(shí)現(xiàn)的物理層次,可以分為內(nèi)部PM和外部PM兩類。
圖3.3.1給出了外部功耗管理結(jié)構(gòu)。圖中,在原有工作系統(tǒng)外部,增加了功耗管理部分(虛線框中所示),其中,檢測電路(Observer)收集負(fù)載信息,控制器(Controller)產(chǎn)生強(qiáng)制功耗狀態(tài)變化的控制信號??刂破骺梢允且粋€可編程的微控制器,或者是一個狀態(tài)機(jī),它既可以位于內(nèi)部邏輯中,有時也可以作為一個單獨(dú)的微處理器存在。圖3.3.1所示的外部PM一般由軟件實(shí)現(xiàn),由于它能對系統(tǒng)和負(fù)載進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時檢測,所以可以采用較復(fù)雜的功耗管理策略,功耗優(yōu)化效果較佳,常用于較為復(fù)雜的系統(tǒng)如嵌入式系統(tǒng)。外部PM的缺點(diǎn)是速度較慢,增加了外部與系統(tǒng)之間接口的設(shè)計復(fù)雜程度,軟硬件綜合代價未必最佳。內(nèi)部管理器則一般由系統(tǒng)內(nèi)部硬件實(shí)現(xiàn),因此功耗管理速度較快,對外接口簡單,但是在檢測整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)時有一定的局限性,通常只能采用較為簡單的DPM策略。
DPM工作流程圖如圖3.3.2所示。從圖中可以清楚地看到,當(dāng)系統(tǒng)啟動后,由檢測電路來檢測系統(tǒng)負(fù)載的狀態(tài)和性質(zhì),然后根據(jù)不同的策略估算功耗狀態(tài),如果不需要關(guān)斷模塊則繼續(xù)檢測負(fù)載,如果需要功耗管理,則由控制器產(chǎn)生用于關(guān)斷相應(yīng)模塊的控制信號。
綜上所述,一個DPM體系的選擇和實(shí)現(xiàn),顯然首先需要建立系統(tǒng)功耗或者性能以及負(fù)載的模型,然后再根據(jù)相應(yīng)的判決策略產(chǎn)生控制信號。下面,就將從PM實(shí)現(xiàn)的層次,從功耗建模、判決策略、體系實(shí)現(xiàn)這三個方面分別討論。
2功耗建模
功耗建模可以借鑒DPM中實(shí)時嵌入式系統(tǒng)的建模方法,將電池管理芯片定義為普通的功耗管理系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由一系列相互影響的受功耗管理器控制的功耗管理組件(Power Management Component, PMC)組成。這種定義是普遍意義上的,在系統(tǒng)級層次,PMC可以是芯片中的一個系統(tǒng)功能模塊。為了實(shí)現(xiàn)更有效的DPM策略,并不需要了解PMC內(nèi)部結(jié)構(gòu),只需要關(guān)心它們與外界如何相互作用。這種方法將有助于更好地理解PM和PMC之間需要交換怎樣的信息。
在設(shè)計時,非功耗管理組件的目標(biāo)僅是在特定的功耗預(yù)算下實(shí)現(xiàn)性能,而PMC才可以在高性能高功耗和低性能低功耗之間自由地轉(zhuǎn)換,從而達(dá)到功耗與性能的折衷。
PMC的一個基本特征是,它有多種功耗模式,且各種模式之間的轉(zhuǎn)換也可能引起延遲或性能下降。模式數(shù)量增多雖然可以更精確地控制PMC的狀態(tài),使浪費(fèi)的功耗最小,性能調(diào)整達(dá)到最佳,但在實(shí)際應(yīng)用中為了不使設(shè)計難度過大,以及實(shí)現(xiàn)PM的硬件代價過大,一般都要選擇適當(dāng)?shù)腜MC功耗模式數(shù)。
PMC模型可以由功耗狀態(tài)機(jī)(Power State Machine, PSM)來描述,PSM中的狀態(tài)即是PMC各種工作模式,模式之間的轉(zhuǎn)換有功耗或延遲。為簡化模型,電池管理芯片的PMC的功耗狀態(tài)可由圖3.3.3所示的PSM表征。
圖3.3.3所示的PMC可以有兩種狀態(tài):一種是ON,此時PMC正常工作,功率消耗正常;另一種是OFF,PMC被關(guān)斷,功耗較低。功耗狀態(tài)的轉(zhuǎn)變通常是要以犧牲性能和功耗為代價的。比如,如果進(jìn)入低功耗狀態(tài)需要關(guān)斷供電電源,那么從低功耗狀態(tài)恢復(fù)則通常需要一定的時間,這個延時要用來使電源電壓/時鐘穩(wěn)定,或重新初始化系統(tǒng),或者進(jìn)行狀態(tài)的重新存儲。簡而言之,需要有一定的策略來決定PMC何時、是否值得進(jìn)入低功耗狀態(tài);在復(fù)雜的多種功耗狀態(tài)系統(tǒng)中,則還要選擇進(jìn)入何種低功耗狀態(tài)。
需要指出的是,系統(tǒng)及內(nèi)部組件的模型都可以由PSM來描述,但是負(fù)載的模型變化相對復(fù)雜,比如將從Timeout策略中的簡單假設(shè)變化到復(fù)雜的隨機(jī)模型。
但是無論是哪種情況,在高效的功耗管理策略中,都離不開負(fù)載的信息。
3功耗管理策略
從上面的分析可以看出:首先,功耗優(yōu)化是基于性能約束條件下的功耗優(yōu)化,反之也成立;其次,一個有效的功耗管理方案取決于系統(tǒng)和負(fù)載的特性。目前,已有的DPM技術(shù)和優(yōu)化策略可以分為非適應(yīng)性和適應(yīng)性的兩大類。其中,非適應(yīng)性的DPM技術(shù)以基于Timeout策略的為代表,而后者以基于預(yù)估算策略、隨機(jī)控制策略的為代表。
1)Timeout策略
DPM判決策略中,Timeout策略是空閑狀態(tài)在等待一段時t timeout后關(guān)閉。其算法表述如下:
Timeout PM ()
{
Begin
Initiate ttimeout
If tidle > ttimeout then shutdown
Stay in sleep until request!=0
End
}
Timeout策略中,假定Pr是退出低功耗狀態(tài)所消耗的功率,tr是相應(yīng)延遲,則E r =Prtr是退出低功耗的能量,Pi是處于空閑狀態(tài)時的功率,則定義一個空閑等待時間閾值ttimeout
顯然,當(dāng)?shù)却龝r間超過閾值時,進(jìn)入低功耗狀態(tài)能節(jié)約更多的能量。該策略的思路比較簡單,當(dāng)進(jìn)入空閑的同時開始計時,在閾值時間ttimeout之前不關(guān)閉,到達(dá)閾值后才關(guān)閉PMC進(jìn)入低功耗狀態(tài),直到接收到外界輸入的任務(wù)后再返回工作狀態(tài)。
由此看出,Timeout策略有比較鮮明的特點(diǎn):首先,時間閾值ttimeout非常重要,合理的設(shè)置閾值將顯著提高關(guān)斷的正確性,假設(shè)的可信度甚至可達(dá)95%.此外,和基于預(yù)測和基于隨機(jī)控制的策略相比,Timeout策略的應(yīng)用相對簡單?;陬A(yù)測的策略是通過學(xué)習(xí)任務(wù)的分布,在輸入特性和系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上動態(tài)地改變閾值,即是通過預(yù)測來消除負(fù)載的不確定性?;陬A(yù)測的策略中,如果參數(shù)較多,則將增大調(diào)整的難度,而且它不能很好地控制系統(tǒng)性能的損失。基于隨機(jī)控制的策略是將PM看作是一系列隨機(jī)最優(yōu)化問題,所涉及的系統(tǒng)一般有多種功耗狀態(tài)而不僅僅兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在較為復(fù)雜的多媒體、無信通信領(lǐng)域,上述兩種策略雖然增加了系統(tǒng)的軟硬件或性能的代價,但是和節(jié)省的功耗相比還是值得的。但在單芯片系統(tǒng)中,受成本和性能的限制,由于Timeout策略比較容易實(shí)現(xiàn),用內(nèi)部PM實(shí)現(xiàn)時所增加的軟硬件負(fù)擔(dān)相對不大,而且功耗節(jié)省明顯,因此比較受到重視。本文研究的電池管理芯片是一個實(shí)時系統(tǒng),保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于對供電電池狀態(tài)的檢測,采用基于Timeout的策略進(jìn)行功耗管理,從成本、代價以及可行性方面,都是一個比較好的選擇。
但是,Timeout策略有以下缺點(diǎn):一是關(guān)斷與否與負(fù)載的性質(zhì)和狀態(tài)無關(guān),而僅僅根據(jù)任務(wù)請求來決定,這顯然不能滿足鋰離子電池管理芯片的應(yīng)用要求;二是在等待激發(fā)Timeout策略的過程中,仍然有較大的功率消耗,如果能采用預(yù)關(guān)斷策略,即在系統(tǒng)已經(jīng)歷的時間和負(fù)載性質(zhì)確定的基礎(chǔ)上,在等待開始時就關(guān)閉,這樣就可以節(jié)省等待期間的功耗。針對上述Timeout策略的缺點(diǎn),本文提出了一種基于負(fù)載驅(qū)動的預(yù)關(guān)斷Timeout策略。
2)基于負(fù)載驅(qū)動的預(yù)關(guān)斷Timeout策略
一般地,根據(jù)負(fù)載性質(zhì),假定PMC有L種功耗狀態(tài),其中L是對應(yīng)完全工作狀態(tài),1,…,L-1是不同的睡眠狀態(tài),則Pl(l=1,…,L-1)是對應(yīng)不同狀態(tài)的功耗,從l(l=1,…,L)到m(m=1,…,L,m≠l)不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換將有能量和延遲的代價,分別是功耗Ptl,m和延遲tl,m 。為分析簡便,在狀態(tài)變化為從l(l=2,…,L)到m(m﹤1),功耗和延遲都很低,可以忽略不計。
再定義一個參數(shù)Zl(l=1,…,L-1),它是為了獲得正的能量必須維持在l狀態(tài)的時間,則有
式中,等式左項代表的是維持在l狀態(tài)比在l+1狀態(tài)時,能夠節(jié)省的能量值,右項表示從l到L以及l(fā)+1到L的狀態(tài)轉(zhuǎn)變間的差值,因此有
前面已提出,結(jié)合應(yīng)用要求和功耗管理成本,規(guī)定電池管理芯片的PMC,只有兩種功耗狀態(tài),因此有L=2,其中l(wèi)=1代表關(guān)狀態(tài),l=2代表開狀態(tài)。當(dāng)l=1時,式(3.3.3)變?yōu)?br />
可以用式(3.3.4)描述常規(guī)的Timeout策略:當(dāng)空閑時間t idle比空閑等待時間閾值t 1長時,此策略便假定,在t 1 +Z 1時間段內(nèi)仍有可能保持空閑,此時關(guān)斷顯然可以節(jié)省功耗。而事實(shí)上,在能夠檢測到負(fù)載特性的基礎(chǔ)上,對于可以處于空閑狀態(tài)而不影響輸出狀態(tài)的部分電路,只要滿足tidle> Z1,就可以在空閑等待開始便被關(guān)斷。
可以從負(fù)載、器件和功耗狀態(tài)的角度,分析比較常見的Timeout策略和基于負(fù)載驅(qū)動的預(yù)關(guān)斷Timeout策略,結(jié)果如圖3.3.4所示。
圖3.3.4(a)中,t 1為等待閾值時間值,Tsd和Twu是狀態(tài)轉(zhuǎn)變對應(yīng)的延遲,功耗狀態(tài)的轉(zhuǎn)換只是根據(jù)任務(wù)請求;圖3.3.4(b)所示的Timeout策略中,功耗狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是基于負(fù)載性質(zhì)和電路狀態(tài)的判別,所以可以在等待開始時就關(guān)斷相應(yīng)電路,此時系統(tǒng)代價僅是功耗轉(zhuǎn)換之間的延遲。顯然,和常規(guī)策略相比,基于負(fù)載驅(qū)動的預(yù)關(guān)斷Timeout策略可以節(jié)省更多的功耗。
4 DPM技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖如前所述,假設(shè)電池管理芯片的PMC具有兩種功耗狀態(tài),系統(tǒng)的PSM就可以如圖3.3.5所示。系統(tǒng)有三種功耗狀態(tài):一是所有功能模塊都正常工作的狀態(tài),所消耗功率為正常(Normal),二是根據(jù)負(fù)載特性動態(tài)地關(guān)閉部分功耗較大的功能模塊,即較低功耗狀態(tài)(Partly Shutdown)最后是將系統(tǒng)電源及時切斷,最低功耗狀態(tài)也就是Power Down模式。
為了實(shí)現(xiàn)圖3.3.5所示的系統(tǒng)PSM,在原系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了一個內(nèi)部PM,并且采用基于負(fù)載的預(yù)關(guān)斷Timeout功耗管理策略優(yōu)化功耗,如圖3.3.6所示。
從外部和內(nèi)部PM的分析比較可以看出,在能夠準(zhǔn)確地檢測出負(fù)載性質(zhì)和系統(tǒng)狀態(tài)的前提下,鋰離子電池管理芯片采用內(nèi)部PM,將能夠以較小的硬件代價實(shí)現(xiàn)快速、靈活的動態(tài)功耗管理。圖3.3.6中的PM由負(fù)載檢測電路、PM控制器組成。其中,控制器是一個狀態(tài)機(jī),為了盡量減小系統(tǒng)PM控制電路的代價,將其置于系統(tǒng)原有的邏輯電路中,這樣也能保證不影響系統(tǒng)其它功能。
PM具體的工作過程如下:利用檢測充放電電流的VM端,設(shè)計一個比較器,根據(jù)VM端電壓極性來判斷所接負(fù)載特性,內(nèi)部功耗控制邏輯電路接收比較器輸出信號后,則輸出相應(yīng)的控制信號,然后將此時系統(tǒng)中電流消耗較大,但又可以處于空閑狀態(tài)的模擬電路關(guān)斷。在內(nèi)部PM中,所有模擬電路的關(guān)斷都可以由一個MOS開關(guān)管控制,DPM信號由控制器輸出,控制開關(guān)管的導(dǎo)通,從而在需要時能切斷電路與電源或到地的通路。
鋰離子電池管理芯片的DPM工作流程見圖3.3.7.在圖3.3.7(a)中,利用系統(tǒng)檢測模塊實(shí)時監(jiān)測負(fù)載,并判斷負(fù)載是放電負(fù)載還是充電器。接負(fù)載放電時,如果電池處于過充電狀態(tài),則不啟動DPM,所有功能模塊都正常工作;如果電池不是過充電,則將充電電壓取樣電路關(guān)閉,換句話說,此時系統(tǒng)將對過充電狀態(tài)的實(shí)時檢測以節(jié)省功耗:如果所接的是充電器,則同樣需要預(yù)先判斷是否過放,是過放狀態(tài)則不啟動DPM,否則將過放電電壓取樣電路關(guān)閉,此時系統(tǒng)不再認(rèn)為電池還會處于過放狀態(tài)。圖3.3.7(b)則是利用電池在過放狀態(tài)下,根據(jù)VM與VDD間的壓降決定是否進(jìn)入Power Down狀態(tài),即關(guān)閉系統(tǒng)電源以維持極低的電流消耗。
從流程圖中還可以看出,正是基于負(fù)載的預(yù)關(guān)斷Timeout策略,鋰離子電池管理芯片的DPM實(shí)現(xiàn)對于不同的負(fù)載是有差別的:在負(fù)載為充電器時,經(jīng)過放電檢測延時時間tDL后,系統(tǒng)決定是否采用功耗管理;而所接負(fù)載是充電器時,則要在過充電檢測延時時間tCU后,再決定是否可以預(yù)關(guān)斷。這種差別產(chǎn)生的本質(zhì)在于,面向鋰電池管理芯片的這種Timeout策略不僅需要對負(fù)載做出判別,還要利用系統(tǒng)的工作狀態(tài),選擇需要功耗管理的相應(yīng)模塊。
3.3.2電路級的功耗優(yōu)化1亞閾值電路的優(yōu)缺點(diǎn)正如第二章所指出,在現(xiàn)有的模擬電路低功耗技術(shù)中,亞閾值電路有著特殊的地位和作用,在一些對速度要求不是很高的低功耗場合,亞閾值電路是一種較好的選擇。
表3.1列舉了亞閾值電路的優(yōu)缺點(diǎn)。在給定的電源電壓范圍下,亞閾值MOS管的飽和電壓約為100mV,這將大大提高電路的動態(tài)范圍,也說明在低電壓下電路仍有較好的動態(tài)特性;低的漏電流也增加了它在低電流功耗系統(tǒng)中的優(yōu)越性。此外在高頻時,RN正比于1/gm,而亞閾值區(qū)的gm/ID最大,所以此時噪聲最?。辉诘皖l時,閃爍噪聲占主要地位,而且RN與ID無關(guān),因此在同樣的ID下,亞閾值MOS管較高的W/L也意味著更低的RN。
另外,亞閾值MOS管的柵極傳輸特性具有斜率因子為n的指數(shù)關(guān)系。源極傳輸特性與雙極晶體管相同,并且其特性可以用柵壓來調(diào)節(jié),所以在有些情況下,可以用MOS管代替實(shí)現(xiàn)類似雙極晶體管所能實(shí)現(xiàn)的功能。
2電路設(shè)計中的控制和判斷
從電路設(shè)計角度,不僅需要控制及判斷MOS管的工作區(qū)域,還需要掌握各工作區(qū)域的特征參數(shù),下面分別進(jìn)行討論。
對于MOS管,其工作區(qū)域主要有線性區(qū)(可變電阻區(qū))、飽和區(qū)和亞閾值區(qū),根據(jù)MOS管在模擬電路中的功能不同,其工作區(qū)域的設(shè)定顯得尤為重要。通常情況下,如恒流源電路等,MOS管工作在飽和區(qū);在個別情況下,MOS管工作在線性區(qū),主要當(dāng)作電阻使用,特別是大電阻,其明顯的優(yōu)點(diǎn)是占用較小的版圖面積,而且相對來講,比電阻的工藝漂移小;此外,對于MOS工作在亞閾值區(qū)的情況,在功耗要求特別低的場合,將能解決實(shí)際問題。對MOS管的工作區(qū)域設(shè)定應(yīng)滿足以下要求:
①若要求MOS管工作在飽和區(qū),理論上要保證VGS>VTH及VDS≥VGS -VTH;
②若要求MOS管工作在線性區(qū),要保證VGS>VTH及0﹤VGS﹤VGS-VTH;
③若要求MOS工作在亞閾區(qū),則要保證柵壓滿足0﹤VGS﹤VTH
但在實(shí)際應(yīng)用時,當(dāng)V GS與V TH值相差不大時,MOS管將工作在亞閾值區(qū)與強(qiáng)反型區(qū)的過渡狀態(tài),嚴(yán)重影響電路的性能。將電路的工作狀態(tài)分為弱反型、中等反型和強(qiáng)反型,各個狀態(tài)之間的界限可根據(jù)電壓或電流來估計,其方法描述如下:
①電壓估計法
a)當(dāng)VGS〉VTH+100mV,為強(qiáng)反型;
b)當(dāng)VTH +100mV>VGS>VTH -100mV,為中等反型;
c)當(dāng)VGS﹤VTH-100mV為弱反型;
②電流估計法
a)當(dāng)ID〉10IS
b)當(dāng)10IS>ID>0.1IS,為中等反型;
c)當(dāng)ID﹤0.1IS,為弱反型
其中,IS被稱為中等反型特征電流,其表達(dá)式如下:
對于W/L=1的NMOS管,I S的典型值從100nA到500nA之間;對于W/L=1的PMOS管,IS的典型值從40nA到120nA之間。對本設(shè)計所使用的工藝,可以計算出寬長比為10u/10u時,P管的亞閾值特征電流I SP約為120nA,N管的特征電流I SN約為230nA.涉及弱反型MOS管的特征參數(shù)還有:
①輸出電阻考慮溝道長度效應(yīng)的傳統(tǒng)方法是在漏電流方程后乘上(1+VDS /VA),因此
VA為弱反型的歐拉電壓。因此,弱反型 MOS 管的輸出電阻為
對于給定尺寸的器件,當(dāng)工作區(qū)域從強(qiáng)反型變化到弱反型時,漏電流將下降,對應(yīng)輸出電阻將增加。
②跨導(dǎo)gm
由弱反型MOS管的漏電流方程,很容易推出其跨導(dǎo)為
③體跨導(dǎo)gmb
體跨導(dǎo)的定義為
通常gmb被表示成gm的一部分,即
對于VSB很小時
在弱反型區(qū)有
由于k隨著VSB增大而增大,一個較為合理的取值為:
3.4小結(jié)
本章從系統(tǒng)層次,討論了鋰離子電池管理芯片中的功能設(shè)計和功耗優(yōu)化。
針對鋰離子電池管理芯片的應(yīng)用特點(diǎn),分析了系統(tǒng)設(shè)計中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。提出了實(shí)時完整的保護(hù)功能設(shè)計目標(biāo)后,給出了系統(tǒng)框圖。
功耗優(yōu)化是鋰離子電池管理芯片的一個重要目標(biāo)?;旌闲盘栃酒?,DPM技術(shù)同樣可以由三要素構(gòu)成:功耗模型、判決策略及電路實(shí)現(xiàn)。本章在系統(tǒng)組件的功耗模型基礎(chǔ)上,給出了系統(tǒng)的功耗狀態(tài)機(jī)圖。確定判決策略時,雖然基于預(yù)估算和隨機(jī)控制的策略在一定程度上,能更好地根據(jù)負(fù)載變化控制系統(tǒng)功耗,但是所增加的軟硬件成本使得它們更適用在實(shí)時嵌入式系統(tǒng)中;對于單芯片系統(tǒng),基于Timeout的策略簡單有效,所增加的硬件成本有限而有更大的應(yīng)用前景,但是由于傳統(tǒng)的Timeout策略不涉及負(fù)載性質(zhì),對功耗優(yōu)化有很大的不確定性,而且在等待期間的功耗也不容忽視,所以本文提出了基于負(fù)載的預(yù)關(guān)斷Timeout策略。然后,本章還給出了系統(tǒng)級DPM實(shí)現(xiàn)框圖,并提出了能實(shí)現(xiàn)兩級功耗管理的DPM工作流程,具體的電路將在下一章給出。
此外,基于亞閾值電路在低電流消耗場合的綜合表現(xiàn),對工作在亞閾值區(qū)的MOS管作了進(jìn)一步的分析討論,并提出了設(shè)計中工作狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)及控制方法。
本章是后面低功耗電路實(shí)現(xiàn)及驗證的功能設(shè)計目標(biāo)和功耗管理基礎(chǔ)。
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