应用处理器的电源管理设计

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1、应用处理器的电源管理设计

2、第1lunouseg(this)">　　图释：　　MonochromeLCDmodule：单色LCD模块　　Timeline：时间　　(Averagebatterylife)：电池平均寿命　　SD/MMCslot：SD/MMC插槽　　Proc.DVM：处理器DVM　　Voicerecording：语音录音　　Digitalcamera：数码相机　　Addedperipheralsandhigherdensityfunctions(approx.)：　　增加的外设和更高密度的功能（近似）　　上一代处理器的省电模式　　省电模式通常是在处理器中预先编好的，包

3、括打盹模式、突发模式和睡眠模式。对一个PDA来说，系统可以处理用户请求的任务（如触摸屏输入），然后进入等待模式，等待下一个输入。在等待期间，只有LCD屏幕保持供电，而处理器被程序设为打盹模式，可以由以后发生的中断事件取消。对于数据轮询应用中使用的突发模式，可以通过减少CPU的工作周期，降低处理器的最高工作频率（此时处于最大功耗状态）。同样，在中断事件时可以禁用突发模式。当电池电量达到一个重要的低限或电池断电时，处理器可以被程序设定进入睡眠模式，此时所有的功能都处于非激活状态，只有实时时钟（RTC）保持运行。为了维持正确的日期与时间功能，RTC一般只有不到1µA的电流

4、。因此省电功能一般由嵌入的处理固件代码来完成。　　保存应用处理器电能的设计考虑　　应用处理器是SoC解决方案的重要补充，今天的低功耗设计要考虑每兆赫兹毫瓦(mHz)等级的功耗性能。某些应用处理器最低可以达到0.08mHz，最高到0.42mHz。为了支持更多的节电功能，还可以采用集成的智能LCD显示屏，它有内置存储器，用于缓存图像，并有一个独立的控制器，可以节省用于屏幕刷新的CPU周期。其它方法是通过0.13微米晶圆工艺实现的，既降低了内部I/O和核心电压，又控制着泄漏电流。其它技术包括采用电源管理软件来减少CPU工作周期和频率。　　该技术的一个应用实例是基于ARM®的I

5、ntelPXA27xXScale®处理器架构，它可以智能切换到各种低功耗模式，“即时”完成电压和工作频率的直接缩放，同时仍保持所需应用性能。PXA27x有六种工作模式（正常、空闲、深度空闲、等待、睡眠和深度睡眠），提供更好的节能效果。PXA27x架构采用了可独立通、断的电源域，需要多达10个分离的电源域。通过降低处理器输入核心电压和工作频率，该处理器可以减少一半电源需求。通常一个处理器的功耗与核心输入电压的平方成正比，即有下式：　　P=C*(V2f)　　C：芯片电容　　V：核心电压　　f：频率　　为满足PXA27x的节能的优点，电源管理IC（PMIC）解决方案仍面临着一

6、长串电压需求，包括1.1、1.3V、1.8V、2.5V和3.3V。为了支持动态电压缩放，PMIC将需要一个额外的可编程输出电源，提供0.85V至1.55V范围内的核心电压。可编程范围内的步长值为50mV至100mV（见图2）。PMIC采用一个连接到可编程寄存器的通用I2C总线，简化了与多数应用处理器的接口。　　选择可充电的后备电池　　常见的单芯锂离子（Li-Ion）电池额定电压为3.6V，实际电压范围从2.7V至充满时的4.2V。在便携电源设计中，其它类型的电池包括锂聚合物（Li-Pol）、锂/二氧化锰（Li-MnO2）扭扣电池，以及镍氢（Ni-MH）电池。锂离子电池具有最高的

7、单位重量密度，但由于性能比较活泼，一般需要某种保护电路。Li-Pol电池的外形尺寸较薄，没有易燃性问题。智能和的外形设计比薄型的PDA更有灵活性，因而可以使用较高能量密度的电池。　　500)this.style.ouseg(this)">　　图释：　　DynamicVoltageManagement(DVM)DC-DCConverter：　　动态电压管理（DVM）直流-直流转换器　　VOUTranges:0.80Vto1.80Vin50mVsteps：　　VOUT范围：0.80V至1.80V，步长50mV　　选择电源管理器件　　经过对电源需求的逐项评估后，我们可以主要考虑两种电

8、源拓扑结构：　　用于数字负载和射频负载的可编程低压降（LDO）稳压器，以及用于后备电池的固定LDO　　用于轻、重两种负载的可编程直流-直流开关稳压器　　对于低输入电压和低输出电流的多个输出，采用CMOS工艺、集成多个LDO的单只芯片是最佳选择。LDO应支持100mV的典型压降。为驱动射频电路，LDO还应支持低输出噪声，如每个给定带宽100µVRMS。每个LDO都应该有使能/禁止功能。当LDO被禁止时，静态电流应该在µA量级，以延长电池的寿命。　　根据高效和大电流驱动的