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隨著高數(shù)據(jù)率基礎設施在全球范圍的不斷擴張，以及多媒體設備的日益普及，多功能手機像以語音為主的手機一樣幾乎一直處于使用狀態(tài)，但需要依賴于電池的容量。試設想當前用戶可以在各自設備上進行的所有功能操作，例如下載/共享/收聽音樂、下載/共享照片、玩游戲以及通過互聯(lián)網(wǎng)進行影視觀賞和餐館訂位等等，而這些正逐漸成為一種全天候的生活方式，因此需要設備具備更長的運行時間來支持。 用戶體驗對終端用戶而言十分重要，而且網(wǎng)絡運營商和內容提供商同樣依賴這些新的多媒體功能及其擴展業(yè)務進行創(chuàng)收，故電池壽命受限意味著贏收受限。 目前的功率轉換效率已超過90%，效率的進一步提升對整體的影響將很小。因此，有必要采用新技術進行系統(tǒng)級能量管理。如果處理器能夠根據(jù)實際需要調節(jié)頻率，同時結合能根據(jù)頻率來降低電壓的功率管理技術，就可以顯著降低能耗，相應延長了運行時間。 電壓調節(jié) 電壓調節(jié)和節(jié)能的概念可以通過數(shù)字系統(tǒng)的能耗公式來表述： E={(CVDD2f)+(VDDILEAK)}t 這里動態(tài)項包括C(電路電容)、VDD(電源電壓)和f(時鐘頻率)；靜態(tài)項由數(shù)字門電路的ILEAK(泄漏電流)決定。從該式可看出，為什么在數(shù)字電路中采用常用的節(jié)能技術可通過降低處理引擎的頻率(f)和電壓(VDD)以最終能減少能量消耗。動態(tài)電壓調節(jié)(DVS)和自適應電壓調節(jié)(AVS)是兩種常用的電壓調節(jié)技術。圖1顯示了DVS和AVS實現(xiàn)的節(jié)能情況。 什么是DVS 和 AVS？ DVS是一種開環(huán)方案，通過預特征削減或利用電壓-頻率查找表來調節(jié)電壓和頻率。這些電壓必須足夠高以維持所有器件和溫度范圍內的功能性。雖然這種開環(huán)方案可以節(jié)省相當可觀的能量，但無法實現(xiàn)所有可能的能量節(jié)約。 AVS 是一種閉環(huán)方案，在盡可能降低電源電壓的同時仍能及時完成任務。DVS把電源電壓調節(jié)到固定的預特征值，而忽略了進程、溫度和電源的變化。AVS則在確定最佳電源電壓時把所有這些因素都考慮在內，以確保能耗最小化。 
圖1：對比固定電壓工作模式，DVS和 AVS技術實現(xiàn)的節(jié)能情況。 AVS的工作原理 AVS是一種系統(tǒng)級解決方案，可以對SoC中的各個處理引擎的電源電壓進行獨立的自動控制，從而降低數(shù)字SoC解決方案的能耗。AVS把可綜合的與先進微控制器總線架構 (AMBA)兼容的內核，以及先進功率控制器(APC)嵌入在SoC中，如圖2所示。 APC使系統(tǒng)能在目標SoC上實現(xiàn)動態(tài)電壓調節(jié)或全自適應電壓調節(jié)。APC通過與供電系統(tǒng)的相互作用，在保持峰值效率的同時減少電源需求，以確保當前SoC時鐘頻率下的電源電壓得到最小化，從而將數(shù)字邏輯能耗降至最低。 APC利用三個接口連接系統(tǒng)的其余部分：兼容AMBA的主機接口，時鐘管理單元(CMU)接口，以及開放式標準PowerWise接口(PWI)。主機接口用來控制和配置APC2，而CMU接口用來協(xié)調電壓和頻率的變化。 PWI 是一種簡單而快速(高達15MHz)的兩引腳串行接口，是專門為滿足AVS及DVS要求而設計的，并具有廣泛的編程選項以適應多用途應用。最新的PWI 2.0標準支持同一條總線上的多個SoC和外設。PWI接口用于與外部能量管理單元(EMU)進行功率管理信息的通信，或是控制其它外設。
圖2：AVS實現(xiàn)方案。 本文小結 隨著越來越多的媒體內容以及高速數(shù)據(jù)率的出現(xiàn)，如何在多媒體手機中進行高速處理，同時節(jié)省能量以延長電池壽命正成為挑戰(zhàn)。AVS等先進的電源管理技術可以大幅度降低數(shù)字處理的能耗，從而延長設備運行時間，增強用戶體驗。利用這些先進的節(jié)能技術無需再每隔數(shù)小時就要為電池充電，延長了手機通話時間、游戲時間或視頻時間。因此，這些技術上的進步讓我們能享受到更多的移動業(yè)務。 作者：美國國家半導體公司 應用和市場工程師 Netnarin(Joy)Taylor |
