低功耗解决方案

低功耗解决方案

篇一：低功耗高能效的电源MCU方案

低功耗高能效的电源MCU方案

当电池需要在几年甚至几十年中为某个产品供电时，不断改进MCU集成产品和轻微修改基本处理器结构都不能满足人们急剧增加的节能需要。针对很多能源敏感产品，如：计量器、楼宇自动化产品、安全产品和便携式医疗设备，如果节能需求和处理功率之间发生了冲突，就必须要大规模发展MCU设计。

EnergyMicro采用了一种‘bluesky’的方法来设计它的低功率EFM32Gecko微处理器，也开发了支持这个产品的软件和硬件工具（图1）。EnergyMicro现已生产了一种装置，仅够消耗现有8位、16位和32位MCU所耗能量的四分之一，使现有电池的寿命大大延长了。换句话说，有了这样的节能MCU,产品设计人员能够大大削减电池的成本、缩小它的尺寸了。而对某些产品，如能源计量器和安全设备，有了频率、成本和碳足迹的维护标注，电池的更换次数就更少了。

要在MCU上获得如此低功率的资格不是件容易的事，需要进行多年的开发，实现真正的创新。到EnergyMicro的网站上去查一查最高峰值，您就会发现有关技术的描述都取了很大的标题，让32位EFM32成为世界上最节能的微控制器

的10大原因，实际上肯定还有更多的原因。

我们先把“超低能量”的specmanship（技术指标差距）放在一边吧。当电池充电量有限时，MCU如何能超时使用能源就变得很重要。在产品的休眠期内减少其能耗和时间与在活跃期时要做的工作一样重要。EFM32MCU以ARMCortex-M3处理核为基础，在设计上大大减少了活跃模式的电源消耗。在基准测试中，32MHz的EFM32实际需要3V的供电，以180μA/MHz的能量运行正确的Flash代码。

这很好，但MCU需要多长时间来处理任务也会对节能产生重要影响。因此，使用32位Cortex-M3比8位和16位器件的处理效率高，执行任务的时钟周期也短得多，这样就会大大缩短产品活跃期。通过保持尽可能短的活跃周期，32位MCU更多的时候都处于深度睡眠模式。人们都忘记了过去32位处理器是不能传送sub-?A待机模式的，采用了正确的低功耗设计技术，现在可以做到这点了。EFM32可以提供所有基线功能，如：实时计数器、RAM和CPU保持、掉电检测和深度睡眠模式中的开机重设，全部只使用μA的能量。

通常，在我们提到的目标应用中，MCU的工作周期可以非常短，MCU在深睡眠状态可停留高达99%的时间。因此，这里的消耗对整体节能真的很重要。

如果MCU从深度睡眠中唤醒产品并重新进入活跃模式所花的时间很长，其优势就会丧失。为什么呢？因为当MCU从

深度睡眠状态进入活跃状态，总会有一个唤醒周期，在次期间处理器必须等待振荡器和电源系统稳定下来才能开始执行代码。由于在此期间无法进行任何处理，唤醒所耗费的能量就被浪费了，因此缩短唤醒时间对降低整体能耗很重要。

不止这些，MCU应用还会影响实时要求，这通常指的是唤醒时间必须保持最短才能使MCU能够在一段时间内回应一个事件。由于许多应用要求的延迟比许多现有MCU的唤醒时间还长，设备通常不能完全进入深度睡眠——这对节能应用来说不是很好的解决方案。为了解决这个问题，EFM32采用了各种设计技术将深度睡眠的唤醒时间减少到了仅需2μs，确保CPU开始处理任务时所用的能量最少。

如果要完全控制和真正优化节能，系统设计人员需要灵活选择一些结构良好的能源模式。如表1所示，EFM32提供了几个模式，可让设计人员及时在任何地点使用资源，最大限度地提高能源效率。

即使在一些观察家看来这些能源模式可能有点粗糙，但启用或禁用不同外围设备可更精

细地调整每个模式下的资源。无论采用哪种方式，EFM32的能源模式都有助于杜绝任何能源的浪费。

当然，低功耗MCU提供的外围设备功能块需要被刻意设计来用于低功耗操作，而EFM32也不例外。例如MCUsport 的8通道12位ADC在全分辨率时使用350?A和1Msamples/1

秒的转换率；一个4×4节的LCD控制器只用550nA的sporting集成电压增强、对比度、动画和闪烁功能；而特殊的低能量UART和有32kHz时钟的完整UART，数据传输速度达9600波特时仅消耗150nA。

要实现更好的节能效果，创建一个MCU架构是个重要的创新，它使CPU可以自动保留外围设备功能。因此，EFM32的外围设备在设计上要能顾及自己，要么让CPU处理其它高水平任务，要么干脆入睡，这两种方式都可以节能。

要更进一步实现自动化，就要将EFM32引入另外一个可编程互连结构，称为外围反射系统到一个MCU架构（图2）中，使外围设备之间的交流不会受到CPU的干预，从而更多地减少能量消耗。

拥有超节能的MCU本身并不能保证用户有最低的能耗。如果在产品进行原型开发的早期就配备能识别并防止能耗的合适工具，就可以大大减少最终产品的整体能耗。

在Electronica20XX展上，EnergyMicro宣布即将开发SimplicityStudio，这是用于EFM32微控制器的完整的图形用户界面开发套件。它会更快接入硬件、固件和软件工程师们所需要的所有信息、文件和工具，并有效地开发嵌入式系统。这些工具大部分都有现货。EFM32的开发工具包有一个AdvancedEnergyMonitoring（AEM）系统，可持续测量消耗的电流。这种测量方法是完整的，可准确描绘超时使用的电

源，把实际中应用优化为低功率运行（图3）。

在使用energyAwareProfiler“能量调试”软件工具时，AEM可使用户及时确定能源图上显示的在给定时间内执行的实际源代码。这些代码会立刻向工程师们指出产生高能耗的程序部分，使代码被优化，更密切地管理好节能。

篇二：低功耗技术简介

1.功耗

本节中介绍功耗如何产生以及与系统功耗相关的一些因素。

2.功耗的由来

半导体制造工艺有两种：CMOS和TTL。当前大部分嵌入式处理器都是使用CMOS工艺制成的。而我们知道任何复杂的电子系统都是以简单门电路为基础组成的。CMOS设备中就是通过两个MOS晶体管的电路切换来表示0和1的。

当CMOS中的门电路切换逻辑电平，N型和P型晶体管会同时打开一段时间，此时电流会通过这两个晶体管从电源线流到地线。由公式：

2 P=IR

其中，P为功率：I为当前电流；R为电阻大小。可知当有电流流过的时候，就意味着电能的消耗，同时还有发热。当嵌入式处理器运行速度越快，门电路切换就越频繁，功耗就越大。

2影响系统功耗的因素

影响系统功耗的因素有很多，在大部分电子系统中，产生功耗的主要部件是集成电路，其功耗取决于电路的基底技术，封装密度，供电电压，工作频率，外部环境，电路性能指标，接口技术等。

（1）开关功耗是对电路中的电容充放电造成的。

（2）短路功耗是开关时由电源到地造成的。

（3）静态功耗是指在电路稳定时有点源到地的电流所形成的功耗。

（4）漏电流功耗是由压阀值电流和反向偏压电流造成的。

目前集成电路以静态CMOS为主，在这类电路中开关功耗是电路功耗的主要组成部分。其次是短路功耗，另外两种：静态功耗和漏电流功耗在大多数情况下可以忽略。 3低功耗技术简介

为满足降低功耗这一特性，必须在设计的每一个阶段都将降低功耗考虑在内。

我们可以使用以下四种功耗优化技术来降低系统功耗。这四种优化技术分别为：动态电源管理，动态电压缩放，低功耗硬件设计，低功耗软件设计。

（1动态电源管理（Dynamic Power Management，DPM）是指有选择的把闲置的系统部分置于低功耗状态，从而有效

利用电能。简单的说，动态电源管理是指系统在需要的时候才产生功耗。但不等同于不工作时断电，而是指在需要的时候能快速的从低功耗状态恢复到正常的工作状态。目前大部分芯片都设计有低功耗模式供设计者选择，另外更有一些专门以低功耗为应用目标的超级低功耗芯片。以低功耗模式为基础，动态电源自主判断系统当前运行状态，当处于空闲时，进入某个合适的低功耗模式，需要运行时从低功耗模式退出，恢复到正常运行状态。仅从运行状态来讲，动态电源管理没有降低这个过程的电源消耗，但从整个过程来看，平均功耗得到了明显改善。

综上所述，一个动态电源管理系统是一个软件架构级的设计和优化工程产物，将系统结构划分为紧凑的模块，尽可能缩短运行时间，延长休眠时间，从而降低平均功耗。

动态电源管理基于以下假设：

（1系统各个部分工作负载不同。

（2系统各个时刻工作负载不同。

（3系统负载可预测。

一个电源管理系统的核心是电源管理器，它能够基于对工作负载的观察来完成控制策略。

4动态电压缩放

动态电压缩放是基于器件工作电压越高，功耗越高的原理。因此动态电压缩放就是电压调节器在运行时改变CPU的

工作电压。电压调节器首先分析系统状态，然后决定工作电压。

5低功耗硬件设计

低功耗硬件设计是基于低功耗硬件选择的设计，有以下两种选择来实现低功耗硬件设计：

（1低功耗硬件选择

目前大部分嵌入式处理器都针对功耗进行了优化并提出了各种，因此在低功耗处理器上我们有大量的选择。

（2低功耗外部器件选择

嵌入式系统出了处理器以外，还包括一些数字逻辑器件来讲处理器和其他系统组合在一起。选择合适的低功耗器件，可以应对一般处理器应用。

6低功耗软件设计

嵌入式系用的功耗与硬件有关，但同时也有软件的因素，就像汽车的耗油量基于汽车的设计有关，由于驾驶者的技术有关。

引起CPU消耗的众多因素中，存储系统的设计对降低功耗有很大影响。通常存储器运行有两种状态，读写状态和待机状态，其中待机状态功耗很小，读写状态功率较大。

基于这一点，要降低系统的功耗可以考虑如下方面：

(1程序存取模式。程序存取模式对系统缓存性能有很大影响，不合理的存取导致大量缓存未命名的情况，对存储器

的访问会相应增加。

（2并行存储。将数据并行存储到多个独立内存上，可以提高系统性能，同时可以降低系统功耗，比如PC上使用的内存双通道技术。

（3代码压缩技术。代码压缩可以减少存取的指令数，降低缓存为命中的可能性，就减少了存储器的存取操作。

（4源码级功耗优化。源码级功耗优化是指通过选择实现统一功能的不同语句，来达到功能优化。通过选择功耗较低语句来实现同一功能，可以节省一定功耗。因此针对某一平台测试各种语句的功耗，可以为软件设计提供有效的设计依据。三硬件平台简介

本章介绍进行低功耗技术研究和实现实验平台及进行测试的测试平台。

我们将要研究和实现的低功耗技术将建立在实验平台上，该实验平台唯一嵌入式Wi-Fi平台，其MCU为STM32F103，之所以选择这个平台，除了看重其低功耗方面的优良设计，另外其应用的广泛性也是选择它的重要原因。测试平台作为实验平台的载体，可以控制实验平台的供电，测试其功耗及功能完整性等。

四STM32低功耗模式

STM32在拥有强劲性能的同时，根据实际运用中各种不同的功耗需求，提供了三种低功耗模式----休眠模式，停机

模式和待机模式，设计者可以根据应用需求进行合理优化。

六总结与展望

本文首先介绍了系统功耗概念及影响喜用功耗的各种因素，在此基础上进一步阐述了STM32低功耗技术。

（1全面研究了STM32低功耗技术的原理，论证了它们对功耗优化的结果以及对系统的影响。

（2在实验平台上，实现了多种低功耗技术，针对动态电源管理技术，设计了预测性管理办法。对各种低功耗技术的能耗降低效果进行了测试。

（3针对目标应用的需求，设计了多种应用模式，定义了这些应用模式的应用场合和功效优化效果。

（4完成了用于控制系统功能的实验平台配置工作，用于测试系统功能和功耗的测试工具。

致谢

时间过得很快，转眼就要毕业了，回首这段美好时光，感慨万千，连篇累牍的文字不能表达我的心情，这里我只想向在求学生涯中给予我帮助的同学和老师献上最真挚的感谢。

感谢姚老师，这篇文章是在姚老师的指导下完成的，从选题，可行性问题，低功耗技术分析到论文编撰都给予了我大量建议和帮助，再次向您表示衷心的感谢！感谢我的父母和朋友，感谢你们的关怀和鼓励，你们将激励我永远拼搏

向前。

篇三：低功耗系列产品介绍

低功耗门禁产品解决方案

系列简介：

迈斯低功耗系列门禁产品主要针对流动人口门禁项目，控制器支持无线传输方式实现快速组网，同时优化产品设计，最大限度降低产品功耗，实现超长待机工作，从而有效解决了传统流动人口门禁项目存在的布线组网工作量大、造价过高的问题。

系统功能：

系统综合管理功能。人员信息采集模板定制。设备管理。

灵活示警方式。

电子地图管理功能。

异常事件报警功能。数据上报功能。

移动终端功能。

派出所工作站功能。

流管办工作站功能。

产品特点：

迈斯低功耗系列产品包含低功耗门禁控制器、低功耗读卡器、低功耗灵性锁三类产品，全系列产品均采用DC5V直流供电，支持智能休眠待机功能。

低功耗控制器：

支持中国移动/联通GPRS或中国电信CDMA无线通信，无需网络布线；

无读卡时自动进入休眠模式；

正常工作电流＜40mA，开锁电流＜300mA；

内置锂电，可待机66小时或开关门锁1000次，保证至少1天的门禁正常工作供电；

自带串口调试模式，快速实现前端设备调试上线；

/防雷保护，标准一类防雷要求；

双文件备份方案，即使数据损坏，也能够从备份数据中快速恢复到最近状态；

支持火警信号接入，火警触发时自动释放门锁控制；

支持对讲开门信号接入、支持手动紧急救助按钮等扩展应用接入……

低功耗读卡器：

支持休眠功能，读卡电流＜100mA；

事件主动上传串口通信机制；

独家方案，防止卡片被复制的安全隐患；

支持二代身份证、居住证、IC卡多种类型读卡；

标准Wiegand66协议读卡，支持二代身份证全卡号读取，防止卡号重复；

专利外观设计、专利灌胶技术，IP66防水等级保护；

/防雷保护，标准一类防雷要求；

超强抗干扰能力，可安装于金属门上正常读卡；

13种声光状态反馈，工作状态即刻感知；

过流、过压、防反接、防错接保护……

低功耗灵性锁：

超低功耗，支持休眠待机，待机电流＜20mA，开锁瞬时电流＜300mA；事件主动上传串口通信机制；

超过50万次使用寿命；

锁舌行程电机采用同步永磁步进电机，摒弃碳刷电机；

智能纠错功能，锁体不分左、右、内、外开；

支持断电开锁、离线开锁，锁体自带储能元件；

支持门磁状态、锁到位状态反馈输出，以及门状态异常保护功能；支持云端远程在线升级；

/防雷保护，标准一类防雷要求……

MCU低功耗的三种实现方法

MCU低功耗的三种实现方法 MCU低功耗的三种实现方法 近年消费性电子商品与计算机产品隔阂日小，从最现实的角度来看，智慧生活的抬头、让消费性电子产品功能需求越来越高、设计越来越复杂，在在制造了品牌商不得不采用低功秏MCU的契机。为了让控制器的耗电量达到最低。达成的方式大概有以下三种：降低工作模式时的功秏、减少休眠模式的功秏、以及缩短由休眠到工作的唤醒时间。 工作模式时的功秏减低是最先被克服的任务，目前推出低功秏MCU的厂商多半已经做到。其中最大眉角在于，必须利用较低的系统频率或运行电压来节省功耗，但是不可以影响到产品的效能。整合电源管理是一个不错的方法，在此领域有着墨的厂商如TI，ST，Silicon Labs都有相应措施。Silicon Labs微控制器产品营销总监Mike Salas表示，整合专有的DC-DC转换器，可以让运作模式的操作电压降至0.9V，原本必须使用2颗电池才能操作、也可因此而只要1颗就能使用相同功能。 而休眠模式的功秏控制，业界的共识可分成两方向：向下压低休眠时的最低功秏，以及，提供不同等级的待机模式。意法半导体大中华暨南亚区产品营销经理杨正廉说，现在的低功耗MCU可以针对不同的省电模式进行动态调整，依据使用状况不同，自动关闭不需要的功能，至低的功耗仅0.27A，几乎是个电表无法侦测出来的数字。 从终端产品的角度看，需要低功秏MCU，许多是属于长时间休眠状态、但是只要需要工作，就必须迅速站上岗位开始运作，最简单的例子就是烟雾

侦测器。从MCU本身的设计来看，从休眠到运作的转换时间如果太长，等于白白浪费了等候期间的电流损耗。所以，要从低功耗到超低功耗，一分一秒都得锱铢必较。 Mike Salas强调，降低功秏的三项要素都很重要，但最重要的事情是齐头并进才能集其大成。杨正廉也说，休眠时保持超低功耗固然重要，但在此之外，也务求迅速唤醒、以最低功秏完成工作后，再以最快速度回归休眠状态；才能将整体系统层级的功耗降到最低。

过程装备中数据采集系统的低功耗设计

收稿日期:2002 08 05 作者简介:黄志勇(1978 ),男,江西南昌人,硕士生,研究方向为便携式数据采集系统的开发与研制。 过程装备中数据采集系统的低功耗设计 黄志勇,邹久朋 (大连理工大学过程装备与控制工程系,辽宁大连116012) [摘 要] 从理论分析和实际应用两个方面阐述和讨论了低功耗大容量便携式数据采集仪的研制方案。主要从芯片的选型、外围电路的设计、软件设计等方面入手来分析如何使电池供电的数据采集系统长时间工作于无人看管的场所。 [关键词] 单片机;低功耗;外围电路;数据采集 [中图分类号]TM911 [文献标识码]A [文章编号]1000 0682(2003)01 0034 03 The Low dissipation design of a data acqusition system in process equipment HUANG Zhi yong,ZOU Jiu Peng (Proc ess Equi pment &Cont rol Engineering De pt o f DaLian U niversity o f Tec hnology ,Liaoning Dalian 116012,China ) Abstract:This paper expatiates on the method of designing a portable and large capacity microcontroller system with low power dissipation and discusses its development through both theoretic analysis and actual ap plications.Proceeding from the circuits,design,components and selection to software configuration,the paper analyses how the design conception can realize the function that keeps the battery operated data acquisition sys tem working for a long time at its working field without tenders. Key words:Microcontroller;Lo w power dissipation;Peripheral circuit;Data acquisition 1 前 言 由单片机组成的数据采集系统已经广泛的应用在过程装备的各个领域。通常在野外偏远地区、高温高压场所要进行压力、温度和应力等的数据采集时,由于没有持续的电力供给,而且工作温度有限制,不太适合使用笔记本电脑等设备进行数据采集,只能使用电池供电的数据采集系统。而一般情况下数据采集需持续几天到几个月,这样整个系统的功耗成为影响系统设计的关键问题。 2 低功耗的硬件设计 在实际应用中数据采集系统主要由传感器、A/ D 转换器、单片机、存储器、与微机接口电路等组成。除传感器外,设计人员基本上是选用低功耗C MOS 或HCMOS 型工艺制造的IC 。而CMOS 电路的功耗由静态功耗(Ps )和动态功耗(Pd )组成。静态功耗是在电路的所有输入信号保持状态不变时的直流功 耗。它包括PN 结反向漏电流引起的功耗和MOS 晶体管的亚阈电流引起的功耗。由于它一般在微安( A)量级[1],可以忽略。动态功耗是C MOS 电路在正常操作时所消耗的能量。它一般在毫安级(mA)。所以在低功耗设计时,应尽量减少动态功耗。 动态功耗Pd 是对电路节点负载电容进行充放电所消耗的功率。表示为: Pd =RC L V L V dd f (2 1) 式中:C L 负载电容; V L 逻辑摆幅;V dd 电源电压;f 工作频率; R 能量状态转换活动几率。 R 又简称 开关活动率 ,它是指节点一个周期内做耗能状态转换所用的时间与时钟周期之比,它的大小与电路结构、逻辑功能、输入数据的组合状态及节点的初始状态有关。一般情况下C MOS 电路的逻辑摆幅V L 与电源电压V dd 近似,故(2 1)式可简化为: P d =RC L V 2dd f (2 2) 由上式可知,降低动态功耗的主要途径是:降低耗能状态转换活动几率、减少负载电容、降低工作电 34 工业仪表与自动化装置 2003年第1期

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术 摘要：现阶段各行业的发展离不开对能源的消耗，随着目前节能技术要求的不 断提升，降低功耗成为行业发展的重要工作之一。本文围绕集成电路的功耗优化 以及低功耗设计技术展开分析，针对现阶段常见的低功耗设计方式以及技术进行 探究，为集成电路功耗优化提供理论指导。 关键词：集成电路；功耗优化；低功耗 目前现代节能技术要求不断提升，针对设备的功耗控制成为当前发展的主要问题之一。 针对数字系统的功耗而言，决定了系统的使用性能能否得到提升。一般情况下，数字电路设 计方面，功耗的降低一直都是优先考虑的问题，并且通过对整个结构进行分段处理，同时进 行优化，最后总结出较为科学的设计方案，采用多种方式降低功耗，能够很大程度上提升设 备的使用性能。下面围绕数字电路的功耗优化以及低功耗设计展开分析。 一、设计与优化技术 集成电路的功耗优化和低功耗设计是相对系统的内容，一定要在设计的每个环节当中使 用科学且合理的技术手段，权衡并且综合考虑多方面的设计策略，才能够有效降低功耗并且 确保集成电路系统性能。因为集成电路系统的规模相对较大且具有一定的特殊性，想要完全 依靠人工或者手动的方式来达到这些目的并不现实且缺少可行性，一定要开发与之对应的电 路综合技术。 1 工艺级功耗优化 将工艺级功耗应用到设计当中，通常情况下采取以下两种方式进行功耗的降低： 首先，根据比例调整技术。进行低功耗设计过程中，为了能够实现功耗的有效降低会利 用工艺技术进行改善。在设计过程中，使用较为先进的工艺技术，能够让设备的电压消耗有 效缩减。现阶段电子技术水平不断提升，系统的集成度也随之提高，目前采用的零件的规格 也逐渐缩小，零件的电容也实现了良好的控制，进而能够很大程度上降低功耗。借助比例技术，除了能够将可见晶体管的比例进行调整，而且也能够缩小互连线的比例[1]。目前在晶体 管的比例缩小方面，能够依靠缩小零件的部分重要参数，进而在保持性能不被影响的情况下，通过较小的沟道长度，确保其他的参数不受影响的栅压缩方式，进而将零件的体积进行缩减，同时也缩短了延长的用时，使功耗能够有效降低。针对互连线缩小的方式主要将互连线的整 个结构进行调整，工作人员在进行尺寸缩减的过程中，会面临多方面的难题，比如系统噪音 无法控制，或者降低了电路使用的可靠性等等。 其次，采用封装技术进行降低。采用封装技术，能够让芯片与外部环境进行有效的隔离，进而避免了外部环境给电气设备造成一定的破坏与影响，在封装阶段，芯片的功耗会受到较 大的影响，因此需要使用更加有效的封装手段，才能够提升芯片的散热性，进而有效降低功 耗[2]。在多芯片的情况下，因为芯片与其他芯片之间的接口位置会产生大量的功耗，因此针 对多芯片采取封装技术，首先降低I/0接口的所有功能，接着解决电路延迟的问题，才能够 实现对集成电路的优化。 2 电路功耗优化 一般情况下，对电路级的功耗会选择动态的逻辑设计。在集成电路当中，往往会包含多 种电路逻辑结构，比如动态、静态等等，逻辑结构从本质上而言具有一定的差异性，这种差 异性也使得逻辑结构有着不同作用的功能。动态逻辑结构有着较为典型的特性[3]。静态的逻 辑结构当中所有的输入都会对接单独的MOS，因此逻辑结构功耗更大，动态的逻辑结构当中 电路通常具备N、M两个沟道，动态电路会利用时钟信号采取有效的控制，进而能够实现预

如何进行低功耗设计

如何进行低功耗设计 现在电子产品，特别是最近两年很火爆的穿戴产品，智能手表等都是锂电池供电，如果采用同样容量大小的锂电池进行测试不难发现电子产品低功耗做的好的，工作时间越长。因此，低功耗设计排在电子产品设计的重要地位。 最近做穿戴产品设计，面临的第一个问题就是低功耗设计。经过这两天的认真分析总结，将低功耗设计的方法总结，以飨网友。 首先，要明白一点就是功耗分为工作时功耗和待机时功耗，工作时功耗分为全部功能开启的功耗和部分功能开启的功耗。这在很大程度上影响着产品的功耗设计。 对于一个电子产品，总功耗为该产品正常工作时的电压与电流的乘积，这就是低功耗设计的需要注意事项之一。 为了降低产品的功耗，在电子产品开发时尽量采用低电压低功耗的产品。比如一个产品，曾经用5v单片机正常工作，后来又了3.3v的单片机或者工作电压更低的，那么就是在第一层次中进行了低功耗设计，这也就是我们常说的研发前期低功耗器件选择。这一般需要有广阔的芯片涉猎范围或者与供应商有良好的沟通。 其次是模块工作的选择控制，一般选择具有休眠功能的芯片。比如在设计一个系统中，如果某些外部模块在工作中是不经常使用的，我们可以使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关来控制器工作与否，当需要使用模块时将其唤醒，这样我们可以在整个系统进入低功耗模式时，关闭一些不必要的器件，以起到省电的作用，延长了待机时间。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做电子开关③具有使能端的LDO芯片。 再次，选择具有省电模式的主控芯片。现在的主控芯片一般都具有省电模式，通过以往的经验可以知道，当主控芯片在省电模式条件下，其工作电流往往是正常工作电流的几分之一，这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时，现在一些控制芯片具有双时钟的模式，通过软件的配置使芯片在不同的使用场合使用不同的外部始终从而降低其功耗。这与始终分频器具有异曲同工之妙，不同之处想必就是BOM的价格问题。现在火爆的APPLE WATCH 就是低功耗的一个例子：全功能运行3-4小时，持续运行18小时。 主控芯片或者相关模块唤醒的方式选择。通常进过以上的步骤设计好了硬件结构，在系统需要省电，在什么时候进入省电模式，这一般在软件设计中实现，但是最主要还是需要根据产品的功能特性来决定了。当系统进入了省电模式，而系统的唤醒也需要控制。一般系统的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒。 A、自动唤醒是使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间，当睡眠时间达到预定时间时，自动进行唤醒。这与我们使用的看门狗或者中断有比较相近之处，不同就是其工作与否的时序。 B、外部唤醒就是芯片一直处于一种休眠状态，当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行一个触发，则芯片会唤醒，在事件处理之后消除该触发事件而在此进入休眠状态。因此，根据系统的特性，就需要进行软件设计时，来决定如何使用睡眠及唤醒，以降低系统的功耗。 最后说说功耗的测试，功耗测试分为模块功耗和整机功耗，模块功耗需要测试休眠时功耗和工作时功耗。整机功耗分为最大负荷工作时功耗和基本功能时功耗和休眠时功耗。在前期的测试中我用直接用UI来进行测量，关于如何进行高精度低功耗产品的测量，在下篇中进一步说明。

嵌入式系统的低功耗设计

第27卷第6期增刊　2006年6月 仪　器　仪　表　学　报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol.27No.6 J une.2006　 嵌入式系统的低功耗设计 3 杨天池　金　梁　王天鹏 (解放军信息工程大学　郑州　450002) 摘　要　嵌入式系统的电源管理是系统设计中关键部分,合理的电源管理方案可以减少系统的功耗并提高整体性能。本文提出了一种层次化的电源管理结构,分别为硬件层、驱动层、操作系统层、电源管理层和应用层。本文同时引入了动态的电源管理方法来解决电源功耗的动态管理问题。通过在实际的系统中的测试表明,该电源管理机制的有效性。关键词　嵌入式系统　低功耗设计　动态电源管理　PXA255 Low pow er design in embedded system Yang Tianchi Jin Liang Wang Tianpeng (Universit y of I nf ormation Engineering ,Zhengz hou 450002,China ) Abstract Proper power management mechanism is important when designing embedded system.It is helpful to reduce power consumption and improve performance.This low power model adopt s five 2layer architecture ,which are hardware platform ,driver layer ,operating system ,power manage mechanism and application program.Dynamic power management (DPM )technology is also introduced to solve the problem of power consumption.The experiment on embedded system demonstrates t hat this power management mechanism is feasible.K ey w ords embedded system low power design dynamic power management PXA255 　3基金项目:河南人才创新基金(0421000100) 1　引 言 随着嵌入式系统的发展以及应用面的不断扩展,功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为嵌入式系统特别是便携式系统设计中研究的热点问题。系统的低功耗设计,并非是某一方面、某一角度的解决方案,而应当从系统级的设计考虑功耗的节省,是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。 2　低功耗电路模型 低功耗设计对于无线设备、PDA 等便携式设备的实际应用具有重要的意义。低功耗元件的发展和系统设计的进步使得通用计算技术可以用到表、无线电话、 PDA 和桌面计算机中。在这些系统中的电源管理技 术传统上集中在休眠模式和设备能源管理这2个方面上[1]。但是,这样的电源管理缺乏直观性和灵活性,而且功耗的降低,并非单独软件、硬件单方面可以解决的[2],因此设计并建立如图1所示的系统低功耗设计模型。整个模型由硬件平台,驱动层,操作系统层,电源管理机制层和应用程序五个部分组成。 2.1　硬件平台 几乎所有系统功耗都集中于硬件平台,因此降低硬件平台的功耗是实现低功耗的基本所在。公式(1)为系统功耗的表达式: P ∞CV 2 f (1) 式中:C 是负载电容,V 是器件电压,f 是工作频率[3]。系统功耗同负载电容、器件电压平方以及工作频率成正比。因此,硬件平台设计多选用低电压,电压、频率可调器件,以及采用SOC 设计来进一步降低功耗[4,5]。另外,模式可控器件在空闲状态消耗的能量为运行状

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计

密级一般 分类号TP393硕士学位论文 作者：杨朋伟 指导教师：侯宏录教授 申请学位学科： 2009年4月20日 XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY 基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 测试计量技术及仪器 题目:

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 学科：测试计量技术及仪器 研究生签字： 指导教师签字： 摘要 Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。 1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。 2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。主要内容包括如下几个方面： 1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。 2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。 3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。 4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。 5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。 关键词：数据采集及传输；低功耗；无线传感器网络；时间同步算法；Zigbee

基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程

https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html,/inform ation/snug/2009/low-power-impleme ntation-flow-based-ieee1801-upf 基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程 Low-power Implementation Flow Based IEEE1801 (UPF) 郭军, 廖水清, 张剑景 华为通信技术有限公司 jguo@https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html, liaoshuiqing@https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html, zhangjianjing@https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html, Abstract Power consumption is becoming an increasingly important aspect of ASIC design. There are several different approaches that can be used to reduce power. However, it is important to use these low-power technology more effectively in IC design implementation and verification flow. In our latest low-power chip, we completed full implementation and verification flow from RTL to GDSII successfully and effectively by adopting IEEE1801 Unified Power Format (UPF). This paper will focus on UPF application in design implementation with Synopsys low power solution. It will highlight that how to describe our low-power intent using UPF and how to complete the design flow. This paper first illustrates current low-power methodology and UPF?s concept. Then, it discussed UPF application in detail. Finally, it gives our conclusion. Key words: IEEE1801, UPF, Low-Power, Shut-Down, Power Gating, Isolation, IC-Compiler 摘要

软件低功耗设计

Software Power Measurement Dushyanth Narayanan dnarayan@https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html, April26,2005 Technical Report MSR-TR-2005-51 Microsoft Research Microsoft Corporation One Microsoft Way Redmond,WA98052 https://www.sodocs.net/doc/4d9506683.html,

Abstract E?ective system-level power management requires cheap,accurate and?ne-grained power measurement and accounting.Unfortunately current portable hardware does not provide this capability.We advocate software power measure-ment:estimation of power consumption by modelling it as a function of device state.The approach requires no additional hardware,and allows?ne-grained, per-device and per-application power measurement.We describe a design and implementation of software power measurement,and a feasibility study showing signi?cantly better accuracy than power pro?ling based on time averaging.We conclude with design recommendations for OS designers and portable hardware vendors to improve the ease and accuracy of power measurement. 1Introduction Energy is a critical resource for many computing systems.While battery life is especially relevant to portable and hand-held computers,peak power consump-tion a?ects fan noise on desktops and cooling costs for server farms.There is an increasingly recognised need to manage and account energy as a?rst-class resource within the operating system[13]. Energy management requires accurate measurement and accounting.Adap-tive tuning of device parameters such as disk spin-down timeouts[3]requires accurate estimates of per-device power consumption.Per-device measurements at?ne time granularity—when combined with existing OS accounting of de-vices such as CPU,disk,and network—also enable per-application accounting of energy consumption.This is of great value both for end-users(“Outlook is responsible for80%of your battery drain,maybe you should kill it”)and for application-level adaptation[5]. Unfortunately,current approaches to energy measurement have several draw-backs,especially when applied to laptop and hand-held computers.Accurate measurement with?ne time granularity requires external hardware such as sam-pling digital multimeters,making the approach unwieldy and hard to deploy in the?eld.Unmodi?ed laptop hardware typically o?ers nothing more than Smart-Battery measurements,which are only accurate at coarse time granularities and measure the power consumption of the entire system but not of individual de-vices. We propose a novel technique known as software power measurement(SPM), which correlates infrequent,coarse-grained measurements of power with?ne-grained observations of device state and activity.The result of the correlation is a predictor that estimates the energy consumption over arbitrarily short time interval from from the observed device state and activity. The remainder of this paper is organised as follows.Section2describes current approaches to the problem and their drawbacks.Section3describes the design and prototype implementation of software power measurement on Windows XP.Section4presents a quantitative evaluation of the prototype, 1

ARM低功耗设计_全面OK

嵌入式系统中的低功耗设计 2008-12-31 18:19:55 作者：电子之都来源：电子之都浏览次数：59 网友评论 0 条 经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。 在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。 那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1.处理器的选择 2.接口驱动电路设计 3.动态电源管理 4.电源供给电路的选择 下面我们分别进行讨论： 一、处理器的选择 我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU 是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整

个系统功耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。 一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/M IPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。 我们把CPU的功率消耗分为两大部分：内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O，总的功率等于两者之和，即P=PCORE+PI/O。对于PCORE，关键在于其供电电压和时钟频率的高低；对于PI/O来讲，除了留意各个专门I/O控制器的功耗外，还必须关注地址和数据总线宽度。下面对两者分别进行讨论： 1、CPU供电电压和时钟频率 我们知道，在数字集成电路设计中，CMOS电路的静态功耗很低，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为： Pd=CTV2f 式中，Pd---CMOS芯片的动态功耗 CT----CMOS芯片的负载电容 V----CMOS芯片的工作电压 f-----CMOS芯片的工作频率 由上式可知，CMOS电路中的功率消耗是与电路的开关频率呈线性关系，与供电电压呈二次平方关系。对于一颗CPU来讲，Vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到

数据采集系统简介研究意义和应用

一前言 1.1 数据采集系统简介 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。 1.2 数据采集系统的研究意义和应用 在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D 卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的应用系统。 1.3 系统的主要研究内容和目的 本课题研究内容主要包括：TLC549的工作时序控制，常用的单片机编辑Ｃ语言，VB 串口通信COMM控件、VB画图控件的运用等。 本课题研究目的主要是设计一个把TLC549（ADC）采集的模拟电压转换成八位二进制数字数据，并把该数据传给单片机，在单片机的控制下在实验板的数码管上实时显示电压值并且与计算机上运行的软件示波器连接，实现电压数据的发送和接收功能。

基于MSP430的极低功耗系统设计

基于MSP430的极低功耗系统设计 摘要：MSP430是TI公司出品的一款强大的16位单片机，其显著特点是具有极低的功耗。本文对构造以MSP430为基础极低功耗系统作为有益的探讨，对于设计各种便携式设备都具有较高的参考价值。 对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV2f，其中C为系统的负载电容，V为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑到不影响系统性能前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对TI公司新出MSP430来具体探讨这个问题。 MSP430具有工业级16位RISC，其I/O和CPU可以运行在不的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流160μA,备用时为0.1μA，功耗低，为设计低功耗系统提供了有利的条件。 图1是我们设计的以MSP430为CPU的“精密温度测试仪”（下面简称测试仪）。该产品使用电池供电，体积小巧，携带方便。 在使用时应该尽可能地选择最低的电源电压。对于MSP430而言，可用的最低电压是很低的，最低可达1.8V。我们使用TI公司推荐使用的3V。通常的电源只提供5V电压，因此，需要将5V电压由一个3V的稳压管降压后给CPU供电，也可以直接锂电池供电。3V不是标准的TTL电平，因此，在使用时需要用接口电路使CPU的非TTL标准电平能与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。或者直接使用支持3V电压的外围芯片。图1 （2）时钟频率 从低功耗的角度看，需要较低的频率，但是在实时应用中为了快速响应外部事件

数据采集系统

湖南工业大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 教学部：机电信息工程教学部 专业：电子信息工程 学生姓名：肖红杰 班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日

题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。 近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。 数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。 在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量

单片机低功耗技术及应用

单片机低功耗技术及应用 摘要: 介绍单片机的低功耗低功耗设计技术特点及单片机应用单片机应用系统中的低功耗设计低功耗设计要注意的几个问题，并列举了充分利用片内资源实现低功耗及C语言源程序。 关键词: 单片机低功耗设计 随着集成电路技术和工艺的飞速发展，真正单片化的单片机已经成为主流产品。它的绝大部分资源都在单片机芯片内部;过去需要用外部扩展器件才能实现的功能，如ROM、RAM、A/D、D/A、数字量I/O、显示驱动等功能，现在在单片机内部就可以完成。单片机的真正单片化，省去了大量的硬件开发调试工作，大大地提高了工作效率;系统先天的可靠性、抗干扰能力得到了显著的改善。经实验测试，实现同样功能的系统，采用单片方式比总线扩展方式具有更多的优点。系统不仅功能强、性能可靠、成本降低，而且进一步微型化和便携化。因此，使用电池作为系统的电源也越来越普遍。系统的最小电源消耗和最大的电池寿命就成为主要的技术要求。例如1999年的多国仪器仪表展览会上，不止一家国外公司展出了使用电池的工业流量计，5～10年都不必更换电池和进行维护。所以低功耗单片机的应用有着非常广阔的天地。低功耗单片机应用符合现代电子终端产品的要求:便携、节能、可靠等。目前国际上先进的单片机生产厂商，如日本NEC、富士通、爱普森和美国TI等公司都采用了低功耗设计。笔者在一些应用中使用了日本NEC公司的78K0和78K0S系列的单片机，其休眠状态下的功耗电流可达到0.05～0.01μA。 1 单片机的低功耗设计技术 1.1 高集成度的完全单片化设计 将很多外围硬件集成到了CPU芯片中，增大硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计，这给单片机的低功耗设计提供了很强的支持。 1.2 内部电路可选择性工作 通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的硬件;对于不使用的功能使其停止工作，以减少无效功耗。 1.3 宽电源电压范围 先进的单片机芯片工艺特点决定了单片机在很宽的电源电压范围内都能正常工作。例如，NEC公司的78K0和78K0S系列的单片机，可以在1.8V～5.5V电源电压范围内正常工作。单片机供电电压范围的放宽，可以进一步拓宽单片机的应用领域，尤其是便携式或掌上型仪器或装置，可以放心地使用电池作为电源，而不必关心电池放电过程电压曲线是否平稳、是否会影响单片机正常工作，更不必因电池供电而专门增加稳压电路，从而可减少大约1/3的功率消耗。 1.4 具有高速和低速两套时钟 系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。为更好地降低功耗，内部集成了两套独立的时钟系统，高速的主时钟和32.768kHz的副时钟。也可在满足功能需要的情况下按一定比例降低CPU主时钟频率时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下，可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换。 1.5 在线改变CPU的工作频率 可根据CPU处理任务的不同，在外部振荡器不变的情况下，通过程序改变处理器时钟控制寄存器PCC的值，在线改变CPU的频率。CPU在几种不同频率下工作的电源功耗比较。

常用低功耗设计

随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又将导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已经成为深亚微米集成电路设计中的一个非常重要的考虑因素。为了使产品更具有竞争力，工业界对芯片设计的要求已从单纯的追求高性能、小面积，转换为对性能、面积、功耗的综合要求。微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有非常重要的意义。 本文首先介绍了微处理器的功耗来源，重点介绍了常用的低功耗设计技术，并对今后低功耗微处理器设计的研究方向进行了展望。 1 微处理器的功耗来源 研究微处理器的低功耗设计技术，首先必须了解其功耗来源。高层次仿真得出的结论如图1所示。 从图1中可以看出，时钟单元(Clock)功耗最高，因为时钟单元有时钟发生器、时钟驱动、时钟树和钟控单元的时钟负载;数据通路(Datapath)是仅次于时钟单元的部分，其功耗主要来自运算单元、总线和寄存器堆。除了上述两部分，还有存储单元(Mem ory)，控制部分和输入/输出 (Control，I/O)。存储单元的功耗与容量相关。 如图2所示，C MOS电路功耗主要由3部分组成：电路电容充放电引起的动态功耗，结反偏时漏电流引起的功耗和短路电流引起的功耗。其中，动态功耗是最主要的，占了总功耗的90%以上，表达式如下： 式中：f为时钟频率，C1为节点电容，α为节点的翻转概率，Vdd为工作电压。

2 常用的低功耗设计技术 低功耗设计足一个复杂的综合性课题。就流程而言，包括功耗建模、评估以及优化等;就设计抽象层次而言，包括自系统级至版图级的所有抽象层次。同时，功耗优化与系统速度和面积等指标的优化密切相关，需要折中考虑。下面讨论常用的低功耗设计技术。 2.1 动态电压调节 由式(1)可知，动态功耗与工作电压的平方成正比，功耗将随着工作电压的降低以二次方的速度降低，因此降低工作电压是降低功耗的有力措施。但是，仅仅降低工作电压会导致传播延迟加大，执行时间变长。然而，系统负载是随时间变化的，因此并不需要微处理器所有时刻都保持高性能。动态电压调节DVS (Dynarnic Voltage Scaling)技术降低功耗的主要思路是根据芯片工作状态改变功耗管理模式，从而在保证性能的基础上降低功耗。在不同模式下，工作电压可以进行调整。为了精确地控制DVS，需要采用电压调度模块来实时改变工作电压，电压调度模块通过分析当前和过去状态下系统工作情况的不同来预测电路的工作负荷。 2.2 门控时钟和可变频率时钟 如图1所示，在微处理器中，很大一部分功耗来自时钟。时钟是惟一在所有时间都充放电的信号，而且很多情况下引起不必要的门的翻转，因此降低时钟的开关活动性将对降低整个系统的功耗产牛很大的影响。门控时钟包括门控逻辑模块时钟和门控寄存器时钟。门控逻辑模块时钟对时钟网络进行划分，如果在当前的时钟周期内，系统没有用到某些逻辑模块，则暂时切断这些模块的时钟信号，从而明显地降低开关功耗。图3为采用“与”门实现的时钟控制电路。门控寄存器时钟的原理是当寄存器保持数据时，关闭寄存器时钟，以降低功耗。然而，门控时钟易引起毛刺，必须对信号的时序加以严格限制，并对其进行仔细的时序验证。 另一种常用的时钟技术就是可变频率时钟。根据系统性能要求，配置适当的时钟频率，避免不必要的功耗。门控时钟实际上是可变频率时钟的一种极限情况(即只有零和最高频率两种值)，因此，可变频率时钟比门控时钟技术更加有效，但需要系统内嵌时钟产生模块PLL，增加了设计复杂度。去年Intel公司推出的采用先进动态功耗控制技术的Montecito处理器，就利用了变频时钟系统。该芯片内嵌一个高精度数字电流表，利用封装上的微小电压降计算总电流;通过内嵌的一个32位微处理器来调整主频，达到64级动态功耗调整的目的，大大降低了功耗。