如何利用并行異步SRAM降低顯示器功耗

可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的顯示屏消耗了大部分電池電力。解決方法之一是直接提高電池容量，但是大容量電池會(huì)加大尺寸和重量，對(duì)可穿戴設(shè)備不合適，尤其是在市場(chǎng)不斷追求更小型化的新款產(chǎn)品時(shí)更是如此。更具挑戰(zhàn)性的是電池技術(shù)的發(fā)展跟不上日益增長(zhǎng)的系統(tǒng)需求……

在可穿戴設(shè)備中電池使用壽命對(duì)于良好的用戶體驗(yàn)至關(guān)重要?？纱┐髟O(shè)備應(yīng)用中的顯示屏消耗了大部分電池電力。解決方法之一是直接提高電池容量，但是大容量電池會(huì)加大尺寸和重量，對(duì)可穿戴設(shè)備不合適，尤其是在市場(chǎng)不斷追求更小型化的新款產(chǎn)品時(shí)更是如此。更具挑戰(zhàn)性的是，電池技術(shù)的發(fā)展跟不上日益增長(zhǎng)的系統(tǒng)需求。因此最大限度降低顯示屏功耗成為可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素。

人類的視覺感知非常精確，推動(dòng)了制造商在可穿戴設(shè)備中使用更高分辨率的顯示屏。雖然有多種節(jié)能方案可供使用，但任何視覺質(zhì)量下降都會(huì)直接影響設(shè)備的整體體驗(yàn)。因此在為顯示屏考慮節(jié)能方案時(shí)必須謹(jǐn)慎小心。要想提高顯示器分辨率就需要提高存儲(chǔ)器帶寬，因此為了延長(zhǎng)電池使用壽命，降低存儲(chǔ)器在待機(jī)模式和工作模式下的功耗變得更有實(shí)際意義。

顯示系統(tǒng)架構(gòu)

顯示屏由像素陣列構(gòu)成。每個(gè)像素的驅(qū)動(dòng)值決定顯示的顏色?；?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/ram/" target="_blank">ram的幀緩存保存了顯示屏上每個(gè)像素的顏色信息。大部分常用的并行顯示屏需要周期刷新，從幀緩存讀取數(shù)據(jù)，然后在屏上顯示。如果顯示屏的分辨率和色彩深度不高，控制器的內(nèi)部RAM也可以用作幀緩存。

隨著顯示屏尺寸增大，分辨率和色彩深度提高，內(nèi)部SRAM將無(wú)法提供足夠的容量或性能。為了避免畫面撕裂，也有必要采用雙緩存。在這些系統(tǒng)中通常在外部存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)幀緩存。在刷新周期中，從外部幀緩存讀取數(shù)據(jù)，并連同控制信號(hào)輸出給顯示控制器數(shù)據(jù)總線。圖1所示的是采用外部幀緩存的典型顯示框圖。

圖1：并行SRAM顯示緩存實(shí)現(xiàn)方案（來(lái)源：賽普拉斯）

有多種方法能夠降低顯示器功耗。

將顯示控制器集成到主微控制器內(nèi)部。市場(chǎng)上常見的顯示器模塊都有內(nèi)置控制器。完成上述集成后，有助于充分利用主微控制器的低功耗特性。

使用低功耗存儲(chǔ)器作為幀緩存。因?yàn)閹彺媸冀K處于開啟狀態(tài)，所以應(yīng)采用待機(jī)電流低的存儲(chǔ)器。

減少對(duì)幀緩存的頻繁更新。使用容量足夠大的存儲(chǔ)器并加載多個(gè)幀可降低CPU工作電流。如果將最經(jīng)常訪問的幀加載到存儲(chǔ)器中，就無(wú)需從幀緩存加載和卸載數(shù)據(jù)。將幀緩存切換到不同的存儲(chǔ)器地址就能切換顯示器上顯示的圖像。

我們一直將并行異步SRAM用作外部顯示緩存，因?yàn)榭刂破骱惋@示器能夠輕松地為他們提供支持。然而這種類型的存儲(chǔ)器封裝尺寸大、引腳數(shù)量多。而串行存儲(chǔ)器引腳數(shù)量少、封裝尺寸小，可以減少所需的控制器引腳數(shù)，節(jié)省PCB成本。在以Quad SPI模式工作在108MHz下時(shí)，串行存儲(chǔ)器的性能可與并行異步SRAM存儲(chǔ)器媲美。例如賽普拉斯Excelon F-RAM就是一款最大密度高達(dá)8Mbit，并采用低引腳數(shù)小型GQFN封裝的串行非易失性存儲(chǔ)器。為了優(yōu)化功耗可支持四種功耗模式。在典型的Quad SPI模式下以108MHz運(yùn)行時(shí)，工作電流為16mA。當(dāng)存儲(chǔ)器不工作時(shí)，待機(jī)模式耗電102μA。深度待機(jī)模式可進(jìn)一步將耗電降至0.8μA，休眠模式下只需要0.1μA的最低耗電。
編輯：hfy