新技术创造低功耗

　　随着能源危机的凸显，世界对能源的关注达到了前所未有的程度，各种政策纷纷出台。目光也从传统的工业制造领域延伸道了消费电子市场。美国的能源之星计划进一步激活了对电源功耗问题的关注。消费者对电子产品要求越来越高，除了产品的性能外，人们也越来越关注功耗情况。

　　随着人们生活质量的提高，对各种便携电子产品的功能要求越来越高，而复杂的功能会导致设备的功耗大幅增加。人们期望便携式电子产品的电池拥有更长的寿命，不仅仅是为了使用上的便利，同时也是为了减少对环境的伤害。这对电源管理系统的设计提出了更高的要求。在电池供电的嵌入式系统中，或采用高效率的电源管理芯片，或采用大容量的电池以解决能耗问题。但这两种办法已无法满足快速增长的芯片动态功耗和静态功耗需求。作为电子产品制造商，必须提供拥有的性能，低功耗能运行更长时间的产品，满足用户的需求。低功耗正在引领电子设计与电源技术的新潮流，探索低功耗的电源管理技术，提供切实可行的解决方案，将是相关行业共同面临的机遇和挑战。

　　电路逻辑状态翻转时（造成瞬态开路电流和负载电流）会产生动态功耗，而未发生翻转时的漏电流则是静态功耗的主因。对一个给定负载的电路，其动态功耗的值与供电电压的平方成正比，与电路的运行频率成正比。随着芯片运行频率的提高和工艺尺寸的不断缩小、密度增加，其动态功耗和静态功耗也在不断增长，加剧了电源管理的复杂性。

　　提高电源转换效率的要求推动着电源从初的LDO发展到今天效率超过90%的多模式DC/DC转换器。LDO在输入、输出电压差较小时有较高的效率，而DC/DC转换器的转换效率与其负载有关。目前许多公司都推出了在不同负载情况下能改变控制模式的新型控制芯片。

　　由于电源转换器的效率已经接近极限，目前研究方向已转向如何通过优化电源管理系统的效率，以满足便携设备的要求。在这种设备中，总能量的30%~50%会被微处理器消耗。简单地使用的半导体工艺并不能保证低功耗、高性能。例如，PC显示卡领域的巨头NVIDIA公司的GPU芯片的制造工艺并不总是的，但其高能低耗的特征却是人们所共知的。

　　提高系统供电效率、减少无谓的能量损耗的节电技术可以分为两类：动态技术和静态技术。

　　静态技术使用不同的低功耗模式，对芯片内部不同组件的时钟或电源实行按需开关等。例如，大多数处理器具有多种节电模式，在空闲与睡眠模式下可以关闭部分模块的时钟信号来禁用内部电路或模块，也可以在某些节电模式下通过切断或降低供电电压实现节能目的。又如，在某些多相供电的电路中，当负载较轻时，可以将其中某些供电的相回路关掉，这样既能提高电源效率，又能降低损耗，AMD公司的PSI技术就是这种原理。

　　动态技术则是根据芯片所运行的应用程序针对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率和电压，从而达到化节能的目的。对微处理器来说，内核电压可以根据内部时钟频率与"工作负载"调节到与电压之间的任何电压值，这种方法称为动态电压调节（DVS）。提供内核电压的转换器必须能够在运行过程中根据DVS规范调节输出电压。这种类型的转换器通常与处理器之间有可以互相通信的数字接口。未采用数字接口的设计无法实现更多种电压调节，但也有厂商推出了使用硬件管脚来设置输出电压的器件。动态电压和频率调节技术与SoC有源和无源漏电管理技术一起使用时，能显着降低SoC的功耗。

　　便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配架构等。

　　为了使设计人员更方便地进行电源管理，一些厂商开发了电源管理软件模块用于嵌入式操作系统。运用这种软件模块，可以有效地降低软件编制中的工作量，同时优化系统的电源管理。PC操作系统中的电源管理规范APM、APIC就是电源管理与操作系统结合的典范。无论电源技术如何继续发展，低功耗将会是工程师永远的设计指导方向。在低功耗电源设计中，电源度、省电模式等，都是设计工程师将要面临的问题。