半導(dǎo)體節(jié)能方案攻略
對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō),節(jié)能降耗的方法很多,就像我們吃食物,可以改良制造工藝(消耗少),也可以進(jìn)行電源管理,(吃得少),還可以從尋找新能源(新食物)角度開(kāi)展。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/90397.htm改良工藝
在自身設(shè)計(jì)改進(jìn)方面,半導(dǎo)體的節(jié)能降耗最根本的辦法是提升制程工藝,在功耗不變的前提下,如果能提高半導(dǎo)體的集成度,其實(shí)就意味著提升了產(chǎn)品的能效比。Altera公司半導(dǎo)體技術(shù)專(zhuān)家相奇博士介紹,該公司將在2008年底前推出40nm工藝的FPGA產(chǎn)品,相比于標(biāo)準(zhǔn)的45nm制程,40nm產(chǎn)品在速度上提升了10%的同時(shí),還能有效降低10%的功耗,這非常切合現(xiàn)在高速傳輸和更低功耗的FPGA應(yīng)用,比如超過(guò)10Gbit/s的高速傳輸應(yīng)用。40nm工藝也更能滿足客戶(hù)對(duì)功耗、性能、面積和成本之間的綜合需求。
照片1 Altera技術(shù)經(jīng)理——相奇博士。
電源管理
降低終端產(chǎn)品功耗(電源管理)同樣是半導(dǎo)體對(duì)節(jié)能降耗的重要貢獻(xiàn)。電源管理包括硬件和軟件等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。直接的硬件調(diào)節(jié)主要靠電源管理芯片/功率器件,微控制器/FPGA/ASIC/SoC等通過(guò)優(yōu)化軟件來(lái)控制和實(shí)現(xiàn)。
在電源管理方面,日常的光源照明是電能消耗重要部分,在節(jié)能照明方面取得重大突破的產(chǎn)品同樣可以快速搶占市場(chǎng)。節(jié)能燈不可調(diào)光是制約節(jié)能燈取代白熾燈的主要原因之一,隨著澳大利亞、北美和歐洲相繼強(qiáng)制推行節(jié)能燈計(jì)劃,節(jié)能燈調(diào)光成為新趨勢(shì),據(jù)統(tǒng)計(jì),節(jié)能燈調(diào)光10%可節(jié)電25%左右。
針對(duì)目前節(jié)能燈普遍無(wú)法調(diào)光的現(xiàn)狀,IR公司推出了用于節(jié)能調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器應(yīng)用的IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC。據(jù)IR高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理黃贊介紹,2530D可以提供一種多級(jí)和三路緊湊型熒光燈(簡(jiǎn)稱(chēng)CFL)應(yīng)用方案,在一個(gè)引腳集成了調(diào)光控制功能,可以與原有方案進(jìn)行直接替換,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)緊湊型熒光燈及線性鎮(zhèn)流器多達(dá)10%的調(diào)光系統(tǒng)性能。整體成本與現(xiàn)有不可調(diào)光方案差距在10%左右。采用半橋式驅(qū)動(dòng)器的IRS2158D適用于需要調(diào)光性能超過(guò)于10%的應(yīng)用,該元件具有全面的保護(hù)功能,如防止燈泡無(wú)法點(diǎn)亮、燈絲故障和燈泡報(bào)廢保護(hù),非常適合包括日漸流行的T5燈泡在內(nèi)的薄型燈。
照片2 鎮(zhèn)流器用IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC
當(dāng)待機(jī)能耗進(jìn)一步降低時(shí),僅僅靠低功耗的IC和電源管理芯片已經(jīng)不足夠。據(jù)NXP大中華區(qū)多重市場(chǎng)半導(dǎo)體高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理金宇杰介紹,一些能耗達(dá)到0.3W的家電(例如彩電)可通過(guò)低功耗的微控制器(MCU)來(lái)控制一些功能的關(guān)閉和開(kāi)啟,NXP的芯片已經(jīng)應(yīng)用在很多彩電上。
照片3 NXP大中華區(qū)多重市場(chǎng)半導(dǎo)體高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理金宇杰
為了降低FPGA/ASIC及一些大型(SoC)的功耗,也通過(guò)功耗管理軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗管理。例如Altera在其FPGA產(chǎn)品中集成了可編程功耗管理技術(shù),根據(jù)柵的不同的工作狀態(tài),用軟件來(lái)控制背柵電壓:只有在關(guān)鍵處理部分和高速傳輸部分加強(qiáng)電壓;控制其他工作狀態(tài)的電壓,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體功耗的降低。
從自然界采集能源
人們正在研制能從光、振動(dòng)乃至體溫中采集能源,并創(chuàng)建無(wú)需電池就能永續(xù)運(yùn)行的產(chǎn)品。如果部分微處理器/微控制器能夠靠環(huán)境能源來(lái)為其供電的話,這將對(duì)我們的環(huán)境有重要而深遠(yuǎn)的影響。TI等公司研發(fā)的MCU已將消費(fèi)類(lèi)電子與工業(yè)應(yīng)用的電池使用壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)至 10 年、20 年,甚至在某些情況下完全不需要外接電源,例如靠太陽(yáng)能電池板、振動(dòng)能等。
據(jù)TI MSP430中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇介紹,憑借MSP430的內(nèi)核、高集成度以及智能外設(shè),在超低功耗應(yīng)用中已有時(shí)日。隨著2008年底推出的CC430技術(shù)平臺(tái),可將MSP430與TI的無(wú)線射頻(RF)技術(shù)集成在單芯片上,使其成為了能源采集設(shè)計(jì)人員的選擇之一。
照片4 從自然界中采集能源
TI介紹了一些無(wú)線能源采集應(yīng)用案例:
橋梁 TI在與其它公司合作,將能源采集變?yōu)槿藗內(nèi)粘I畹囊徊糠?。比如,AdaptivEnergy公司已開(kāi)發(fā)出一個(gè)能采集振動(dòng)產(chǎn)生的能源,來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器并把信息發(fā)送到采集點(diǎn)的模塊。因?yàn)轳傔^(guò)橋梁的車(chē)輛的振動(dòng)可以轉(zhuǎn)化能源,可為監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)整體性的傳感器供電。這樣有關(guān)橋梁狀況的信息可以及早得到反饋,防止由于結(jié)構(gòu)性能差而造成的事故,確保安全并降低維護(hù)成本,甚至可以監(jiān)測(cè)到異常振動(dòng),預(yù)警地震或其它自然災(zāi)害。有朝一日這種振動(dòng)還可以為橋梁照明供電。
辦公室格子間 目前,大多數(shù)辦公室都采用臨時(shí)性的格子間,無(wú)法實(shí)現(xiàn)每個(gè)格子的溫度調(diào)節(jié)和照明控制。如果有某種無(wú)線傳感器可以通過(guò)環(huán)境光線提供的能源運(yùn)行,并與建筑的 HVAC(高壓交流電)系統(tǒng)對(duì)話,控制自己格子間的溫度。這樣就可以實(shí)現(xiàn)更加理想的溫度調(diào)節(jié)和照明控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的工作效率。
醫(yī)療電子 今天在醫(yī)院看到的插在病人身上的管管線線將不復(fù)存在。未來(lái),將有一種貼在皮膚上的傳感器靠人的體溫提供的能量就能測(cè)量體溫、血壓、心率、血液含氧量等指標(biāo),然后把數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到護(hù)士站或醫(yī)生處。我們還可以設(shè)想,將會(huì)出現(xiàn)一種永遠(yuǎn)不需要更換電池的永久性植入式起搏器。
汽車(chē)電子、手機(jī)、玩具 未來(lái)車(chē)上的傳感器能通過(guò)收集振動(dòng)或熱量來(lái)驅(qū)動(dòng),并在故障發(fā)生前發(fā)送診斷信息予以警告;有一天手機(jī)可以靠環(huán)境光線提供的能源給電池充電,不再需要插在插座上充電;孩子們的玩具將不再需要更換電池。
結(jié)語(yǔ)
實(shí)際上,能源采集是一個(gè)令人振奮的全新領(lǐng)域,存在無(wú)盡的可能性。只要我們共同攜手,能讓整個(gè)領(lǐng)域變得更智能、健康、安全、綠色和樂(lè)趣恒生。
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評(píng)論