移動(dòng)設(shè)備中的功率管理之節(jié)能（一）

作者：時(shí)間：2013-01-19 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

　　問(wèn)題和挑戰(zhàn)

　　高性能的產(chǎn)品往往功耗也很高。設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)就是在某個(gè)特定設(shè)計(jì)中找到性能和功耗之間的完美平衡。當(dāng)高速度成為產(chǎn)品的必需特征時(shí)，就需要實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化，并解決一切其它問(wèn)題以實(shí)現(xiàn)低功耗。在系統(tǒng)級(jí)、芯片級(jí)甚至是晶體管級(jí)設(shè)計(jì)中，有很多設(shè)計(jì)和制程方法可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型性能，達(dá)到較長(zhǎng)的電池壽命。

　　縮小技術(shù)差距

　　圖1總結(jié)了當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。1G、2G、3G和4G四代技術(shù)的階梯函數(shù)反映了蜂窩式傳輸技術(shù)在速度上的改進(jìn)。這種情況也應(yīng)驗(yàn)了Shannon定律：即8個(gè)半月之內(nèi)傳輸速率會(huì)提高一倍。根據(jù)摩爾定律，半導(dǎo)體廠家需要18個(gè)月來(lái)將晶體管的數(shù)量翻倍，從而將微處理器性能提高一倍；電池廠商需要5－10年的時(shí)間來(lái)在電池密度上實(shí)現(xiàn)較大的增加；而存儲(chǔ)器存取速度則需要每隔12年才能夠增高一倍。

　　圖1：主要技術(shù)差距

　　這些差距體現(xiàn)了移動(dòng)設(shè)備行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，包括：

　　微處理器和存儲(chǔ)帶寬的差距

　　功耗降低的差距

　　算法復(fù)雜性的差距

　　這些差距是移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)成功商業(yè)化所要面臨的主要障礙。為了提供未來(lái)網(wǎng)絡(luò)所需要的先進(jìn)功能和服務(wù)，正如關(guān)于算法復(fù)雜性的Shannon定律所預(yù)測(cè)的一樣，系統(tǒng)性能改進(jìn)的速度必須高于摩爾定律中規(guī)定的速度，而不會(huì)擴(kuò)大功耗。

　　在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，人們以前一般是通過(guò)提高每個(gè)指令的效率或者同時(shí)執(zhí)行多個(gè)指令來(lái)解決這一問(wèn)題。但Shannon定律和摩爾定律之間差距的日益擴(kuò)大，意味著光靠增加晶體管和提高頻率已經(jīng)無(wú)法將之縮小了。

　　保持常啟，永不斷電：移動(dòng)時(shí)代的矛盾理論

　　掌上便攜式設(shè)備讓人們可以隨時(shí)隨地使用，卻也讓人們受到了電源線、插頭和插口的限制。帶多模式廣播、彩色顯示屏、3D音效、視頻和游戲功能的高端設(shè)備要求電池在不充電的情況下?lián)碛懈嗄芰?。人們的感覺(jué)從一直能夠接觸到電源的踏實(shí)感，變成電源遠(yuǎn)離帶來(lái)的無(wú)助感。

　　便攜式設(shè)備的用戶儼然已經(jīng)成為了“插口獵人”。他們總是在機(jī)場(chǎng)、酒店、會(huì)議室和家里四處尋找電源插口，給便攜式設(shè)備充電。

　　給電池充電成為了人們新的例行公事。電源板上插滿了便攜式電子設(shè)備，就像在食槽里吃東西的動(dòng)物。在你睡覺(jué)之前，必須把手持設(shè)備和手機(jī)插到插座上充電。而數(shù)碼相機(jī)和iPod播放器也在墻壁插座上爭(zhēng)奪地盤。人們的通勤時(shí)間變成了關(guān)鍵的充電時(shí)間。

　　你總能夠看到穿著講究的專業(yè)人士守在需要充電的設(shè)備旁邊。旅行者的包里總是裝著大把的充電器。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，充電已經(jīng)成為了最少被提及卻絕對(duì)最重要的話題。

　　電池的容量每年都在擴(kuò)大，電路的發(fā)展也讓設(shè)備的功效不斷提高。但電池仍然不能滿足人們對(duì)于使用時(shí)間的不斷增加的期望。

　　達(dá)到電池壽命和性能、成本之間的平衡

　　移動(dòng)電子消費(fèi)者已經(jīng)習(xí)慣了音頻產(chǎn)品的大小、重量、成本和電池壽命。新的產(chǎn)品無(wú)論具備什么功能，都會(huì)被人們以這些已有的因素來(lái)衡量。新型的以數(shù)據(jù)為核心的產(chǎn)品，如果與現(xiàn)有的音頻產(chǎn)品相比有任何退步，都會(huì)影響它的推廣。一個(gè)能夠提供高速數(shù)據(jù)率的移動(dòng)產(chǎn)品，需要更強(qiáng)大的計(jì)算功能和更大的RF功耗，從而必定導(dǎo)致更短的電池使用壽命。

　　在這一方面，每種技術(shù)都有會(huì)影響電池使用壽命的特殊的能量要求。電池技術(shù)的進(jìn)步將改進(jìn)所有的無(wú)線電接入技術(shù)，因此，現(xiàn)有的各種技術(shù)在使用電池能量的方式上的差異，很可能將持續(xù)一段時(shí)間。

　　圖2展示了不同傳輸技術(shù)的峰值功耗對(duì)比。其中的數(shù)值考慮了數(shù)字處理和RF兩個(gè)因素。

　　圖2：各種蜂窩通信技術(shù)的移動(dòng)功耗對(duì)比。