淺談使用ULP系列時(shí)可節(jié)省的功率

本應(yīng)用筆記中的信息將重點(diǎn)介紹使用ULP系列時(shí)可節(jié)省的功率。它還將提供對(duì)設(shè)備性能，系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)比較的洞察力，但是重點(diǎn)將放在便攜式系統(tǒng)的功耗上。

隨著新型號(hào)手機(jī)的每個(gè)版本的發(fā)布，它都包含許多功能。實(shí)際上，隨著制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)，多年來(lái)智能手機(jī)上進(jìn)行的創(chuàng)新已大大增加。但是，也許每個(gè)消費(fèi)者都希望在便攜式設(shè)備中獲得的最理想的功能是大大減少電池消耗的電量。

隨著飛兆半導(dǎo)體的ULP（超低功耗）TinyLogic系列的問(wèn)世，對(duì)于要求最佳便攜性的設(shè)計(jì)，低功耗性能將有可能達(dá)到一個(gè)新的水平。與其他低壓邏輯系列相比，ULP系列的功耗降低了多達(dá)50％。ULP通過(guò)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)顯著降低了功耗，并有助于滿足便攜式市場(chǎng)對(duì)延長(zhǎng)電池充電時(shí)間和使用壽命的需求?？梢詮腢LP中受益的流行便攜式應(yīng)用包括手機(jī)，筆記本電腦，PDA，數(shù)碼相機(jī)和所有其他基于電池的系統(tǒng)。

功耗計(jì)算

為了檢查和比較邏輯器件中的功耗，下面概述了計(jì)算功耗所需的公式。在查看了功率要素之后，將使用示例計(jì)算來(lái)說(shuō)明應(yīng)用中的功耗。

邏輯器件消耗的功率是使用已發(fā)布的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格以及外部參數(shù)得出的。必須考慮權(quán)力的兩個(gè)基本要素。它們是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的，或者本質(zhì)上是直流和交流的。這些元素的總和產(chǎn)生設(shè)備消耗的總功率。另外，封裝的熱阻特性應(yīng)與器件功耗結(jié)合使用，以確保器件的溫度不超過(guò)絕對(duì)最大結(jié)溫。

以下有關(guān)功耗的信息專(zhuān)門(mén)用于CMOS技術(shù)。CMOS是當(dāng)今低功耗應(yīng)用中的首選技術(shù)。這是因?yàn)樵陟o態(tài)或靜態(tài)條件下，CMOS器件消耗的電流要比雙極型器件少得多。CMOS輸入阻抗通常大于1012歐姆，從而最大程度地降低了輸入電流消耗。對(duì)于CMOS應(yīng)用，靜態(tài)功率僅占總功率的很小一部分，但是，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，切換需要對(duì)內(nèi)部和外部電容進(jìn)行充電和放電。裝置的這種切換，即引入頻率分量，構(gòu)成了動(dòng)態(tài)功率。

在便攜式應(yīng)用程序中降低功耗隨著便攜式應(yīng)用程序

中包含更多功能，低功耗半導(dǎo)體技術(shù)的可用性變得越來(lái)越重要。ULP是下一代低功耗，高速單柵極產(chǎn)品的下一個(gè)級(jí)別。下圖有助于與其他單門(mén)邏輯系列進(jìn)行比較。ULP不僅可以降低電池的端子電壓，而且可以延長(zhǎng)電池的充電時(shí)間和使用壽命。

電池壽命比較

可以使用一個(gè)流行的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)明ULP TinyLogic如何降低便攜式設(shè)計(jì)中的功耗。移動(dòng)電話可以將許多單門(mén)功能合并到設(shè)計(jì)中以執(zhí)行邏輯操作。常見(jiàn)的解決方案如下：

1.緩沖微弱或失真的信號(hào)

2.將時(shí)鐘信號(hào)除以2

3.將數(shù)據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)同步

4.提供用于掃描路徑測(cè)試的門(mén)控功能

5.方便地反轉(zhuǎn)使能信號(hào)

手機(jī)應(yīng)用中的電源

手機(jī)由四個(gè)功能部分組成。單門(mén)通常與DSP和ASIC功能一起適用于數(shù)字部分。在待機(jī)模式下，數(shù)字部分可能會(huì)消耗多達(dá)手機(jī)總功率的10％。待機(jī)電流的降低可能是提高電話設(shè)計(jì)效率的關(guān)鍵。ULP的靜態(tài)功耗大大降低，直接解決了這一問(wèn)題。

手機(jī)中的邏輯可能消耗數(shù)字部分功率預(yù)算的33％。相比之下，ULP消耗了數(shù)字部分大約11％的功率。功率降低了66％。

分析中使用的手機(jī)應(yīng)用程序包括六個(gè)單門(mén)設(shè)備。電話中找到的設(shè)備和數(shù)量為2-NC7S04、2-NC7SZ04和2-NC7SZ08，總共六個(gè)TinyLogic設(shè)備。在應(yīng)用中，這些器件可驅(qū)動(dòng)較小的電容性負(fù)載，這些負(fù)載通常由1英寸或更?。?5pF）的短路走線加上等于5pF的單個(gè)CMOS輸入的電容組成。這些參數(shù)的組合產(chǎn)生約10pF的負(fù)載。在數(shù)字部分中，手機(jī)的操作頻率通常小于或等于10MHz。這些數(shù)字用于分析消耗的數(shù)字功率，并將ULP與標(biāo)準(zhǔn)單門(mén)邏輯進(jìn)行比較。

以下功耗分析將使用ULP的功耗與手機(jī)應(yīng)用中的等效HS和UHS TinyLogic器件進(jìn)行了比較。

用于功率分析的參數(shù)：

VCC：3.3V

電容負(fù)載：10pF

頻率：10MHz

總功耗比較

分析表明，在相同條件下，與HS和UHS TinyLogic技術(shù)相比，ULP TinyLogic在應(yīng)用中的功耗降低了27％以上。

編輯：hfy