集成电路功耗估计及低功耗设计综述

集成电路功耗估计及低功耗设计综述 集成电路功耗估计及低功耗设计是电子设计中非常重要的一个方面，对于集成电路的进一步发展起着至关重要的作用。随着集成电路的进一步-miniaturization和高性能化，对于集成电路的功耗估计和降低电路功耗问题已经在各个领域中得以开展。 低功耗技术综述 低功耗机制并不只是针对电池供电设备的设计约束条件，它也是许多高性能有线系统的一个主要考虑因素。在嵌入式设计中使用的处理器的功耗可能只占系统总功耗预算的较小一部分，但你对系统和软件体系结构的抉择可能会对总的处理性能、功率消耗和电磁干扰（EMI）性能产生重大影响。 集成电路的功耗可以分为静态功耗和动态功耗。静态功耗是指在集成电路不工作时发生的功率损耗，尽管电路在静止状态下产生功率损耗较小，但是由于系统中电路数量庞大因此不容忽视。降低漏电流大小的方法是完善器件的工艺处理以及降低器件的供电电压，例如现在大多数器件都采用 3.3V以取代传统 5V 供电电压。 动态功耗指的是电路在工作过程中产生的信号的变化引起，动态功耗与系统的供电电压，频率等有关。在长时间处于运行中的系统中动态功耗占主要部分，静态功耗可以忽略，动态功耗可以用 P=CFU 来进行粗略的计算，这其中 C 是开关电容，F 为开关频率，U 是电源电压。 集成电路功耗估计 集成电路功耗估计可以用下式表示： P=Pc+Pf+Ps 其中，P 为集成电路总功率的损耗，C 是系统的节点电容，为集成电路系统的供电电压，f 为系统的工作频率，是系统状态切换的参数，即单位周期内系统状态变化的平均次数，为每次转换过程中瞬间发生短路时电流中含有电荷的数量，为系统开关管的漏电电流。 在公式 (3-1) 中，代表电路的工作状态发生变化时产生的功率损耗，也就是节点电容在状态变化时对电流中电荷的充放电造成的功率消耗的大小，尤其在工作状态变化频繁的工作电路中，这种由于工作状态变化产生的功率损耗占了主要的部分 ；指的是系统发生短路时产生的功率损耗，这是由于系统发生短时的二极管或者三极管 PN 结瞬间导通产生的损耗，尽管这部分损耗发生的时间很短暂，但是由于短路电流很大，因此此损耗也不可忽视。指的是系统泄漏电流造成的损耗，也就是系统的静态损耗，在系统工艺水平基本固定的前提下，考虑降低系统的供电电压，尤其在长时间处在静态状态下的系统中，这种静态损耗不可忽视。 要降低集成电路的动态损耗，一方面可以通过降低节点电容和系统供电电压的大小、并且在不需要特别精密的计算的前提下降低系统的工作频率，另一方面可以通过降低系统节点的阈值，从而在静止状态下降低系统的静态损耗，尤其是系统泄漏电流无法很好预测和控制的前提下。 集成电路功耗估计及低功耗设计是电子设计中非常重要的一个方面，对于集成电路的进一步发展起着至关重要的作用。通过对集成电路功耗的估计和降低，可以提高集成电路的性能，延长电池寿命，降低系统的体积、重量和成本，并且可以提高系统的可靠性和稳定性。