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1低功耗手持多媒体终端硬件平台的研究.doc

1低功耗手持多媒体终端硬件平台的研究

平凡的程序员小强
2018-09-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《1低功耗手持多媒体终端硬件平台的研究doc》,可适用于工程科技领域

资料来源电子下载网下载时间::本文地址http:ujjcomdianluyuanlihtml低功耗手持多媒体终端硬件平台的研究  摘要:通过选择低功耗器件特别是高效率DCDC变换器合理进行电路板布线优化结构级设计进行系统级功率管理从而延长电池工作时间。根据多媒体终端的要求选择了许多新工艺器件极大地降低了系统功耗。   关键词:低功耗OMAP能源效率DCDC变换器  手机、PDA等手持设备对图像、音频处理能力的要求日益提高同时要求设备的体积、重量越来越小。这些设备一般靠单节可充电锂电池作为电源。因而提高处理能力降低系统功耗以延长电池工作时间是手持设备的重要研究课题。  参考文献讨论了低功耗的系统设计技术特别强调减小电容缩减不必要的开关行为降低电压和频率。外部器件间的连接通常比片上连接电容更大。实验证明~的能量消耗在总线多工器驱动器上。应减少输出尽量使用片上资源。单纯降低频率并不能降低功耗因为完成同样的任务需要更长的时间。降低电压会导致性能降低通过增加并行器件来弥补。选择低电压的CMOS芯片芯片内各个功能模块应能分别进行低功耗的管理。CMOS器件的功耗主要分两类:静态功耗和动态功耗。运态功耗依赖于工作频率静态功耗与工作频率无关。偏置电流(Pb)和泄漏电流(Pl)引起静态功耗短路电流(Psc)和动态功耗(Pd)是由电路的开关行为引起的。器件总功耗P可以表示为:P=PdPscPbPlPd=CaffVfCeff=C  上式中V和f分别是器件工作电压和频率Ceff是等效的开关电容C是允放电电容是活跃性加权因子表示电路状态发生改变的概率。CMOS器件功耗的~是动态功耗而动态功耗与工作电压的平方成正比。因此选择低电压器件能极大地降低功耗。主处理器选择  目前在手持设备中主要运用ARM处理。ARM处理器的优点是价格低、功耗小特别适合各种控制功能。ARM芯片采用冯・诺依曼结构指令、数据地址存储统一编址使用单一的位数据总线传送指令和数据。这种体系结构使ARM控制功能较强媒体处理速度较慢适合人机接口和通信协议。为了提高媒体处理能力INTEL在PXAXscale芯片上增加了协处理器用来进行乘累加。TI的OMAP芯片内部集成了一个ARM核及一个CX核。ARM工作频率高达MHz。CX采用哈佛结构具有程序总线、三条读数据总线和二条写数据总线。CX具有两个硬件乘累加单元、两个ALU还有用于DCTIDCT、运动估计、像素内插的硬件加速器。工作电压V视频高达到MHz。Cx指令集从~比特改善了代码密度减少了存储器访问次数。最小单片机系统(存储器)  目前存储器主要有:SRAM、SDRAM、FRAM、EEPROM、FLASH。由于平台常存储大量数据如操作系统应用程序可以选择FLASH如INTELFL。FL初始访问时间是ns异步页模式为ns同步突发为MHz能在读周期完成后自动进入功率节省模式片选无效或复位有效时进入standby模式电流大约uA异步读电流大约mA。为了回快应用程序的招执配置SDRAM或者SRAM。由于SDRAM比SRAM容量大、价格便宜选用SDRAM用于数据存储。由于系统在运行时大功耗元件除LCD背景光外就是SDRAM。偿和部分阵列刷新的MobileSDRAM产品对降低功耗十分重要。如SAMSUNGKMPDRSL自动刷新电流mAbank激活突发模式为mA可使能SDRAM自动预充。这样在每次突发读写后该bank进入空闲状态电流可降到mA。OMAP对KMPDRSL进行控制时应置KSRR为全页突发以减小访问时间降低功耗。系统常有一些数据量不大的数据需要保存可采用铁电存储器如声音的音量、LCD的亮度。这些参数如果保存到FLASH或者EEPROM功耗会更大。FLASH需要整块擦除。RAMTRON的FMCL在V电源kHz频率读写时电流为uA,standby电流为uA。ATMELATC在VkHz读写电流分别是mA、mA在V时standby电流为uA。ATCL字节写入时间大约msFMCL写入时间总为线时间不需延时因而功耗较小。SDRAM与FLASH、SRAM采用不同的接口在调试ARM中断服务程序时由于中断服务矢量位于低端地址调试时最好有SRAM映射到地址处。因此SRAM和FLASH的片选信号应该是可配置的。SRAM可选用CypressCYDV典型工作电流mAstandby电流为uA。其它周边元件  LCD显示屏应用透射反射型如SHARPLQQDB。反射型LCD在强光条件下有明亮的高对比度但在弱光条件下需要更高的亮度。SHARP把反射型LCD与背后点亮透射型LCD技术相结合在强光条件下用作反射型LCD在弱光条件下用作背后点亮透射型LED时功耗为mW。XilinxCoolRunnerIICPLD使用了快速零功耗技术。在手持多媒体终端中图像采集模块和声音采集模块数据量大因此除静态功耗外还应综合考虑接口电压高低即数据传输引起的动态损耗。电源产生  锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池可充电的锂离子电池的额定电压为V(有的产品为V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的V阳极材料为集炭的V。不同阳极材料的内阻也不同焦炭阳极的内阻略大。锂离子电池的放电曲线平坦终止放电电压为V~V。在通常的固定频率DCDC变换器中主要有三类功率损失:()负载电流相关的损失主要包括MOSFET的导通电阻、二极管正向导通压降、电感电阻、电容等效串联电阻()开关频率相关的损失有MOSFET的输出电容栅极电容及门驱动损失等()其它固定损失如MOSFET、二级管、电容泄漏电流损失。在大负载电流时主要是电流相关功率损失在小负载情况下主要是频率相关功率损失。在负载电流范围较宽时采用调频方式效率更高。文献讨论了在断续导通和连接导通模式时提高效率的控制方法。很DCDC变换器都能上固定频率或在轻负载时以跳脉冲方式工作。这两种方式切换可由芯片外部控制(如TI的TPS、PINEAR的LTC)也可由芯片内部自动控制如Philips的TEA。如果由芯片管理脚控制则由ARM控制:ARM处理器控制各个功能模块掉电或者空闲分别测出功能模块不同状态下的工作电流并根据负载电流值结合电源芯片的两种模式下的效率曲线或者其它电路参数选择高效率的工作方式。  OMAP应用平台需要多种电源如用于核的V用于FLASH、SDRAM的V或者V用于USB或者模拟音频的V用于USB接口的V用于LCD供电码的V等。先升压到V再用线性稳压器LDO降到低电压、、、、、V等的方法效率较低尤其是低电压。TI的innovator主板上的V、V、V、V是这样产生的:电池电压经过TPS(四片并联输出)得到V再分别经过TPSLDO线形稳压得到V、V、V、V。采用cuk电容变换器和低压差线形稳压芯片LDO的优点是不需电感、使用方便、成本低。采用以下方法提高电源效率:输出电压低于锂电池最小放电电压时如V、V、V选择单纯的buck电感变换器当输出电压高于锂电池电压降到V时仍能正常工作的下变换芯片能延长放电时间。对于V,可使用LINEAR公司单片BUCKBOOST电感变换器如LTCf在负载mA、V输出时在锂电池放电电压范围内效率高达。LTC占空比只能达到(nsXf)。可设计BUCKBOOST电感变换器在锂电池放电电压下降到接近或等于器件工作电压时用作buck变换器时占空比达到即输入电压通过电感到达输出没有开关切换没有高频切换损失效率将害到最高。因为很多芯片都有较宽的电压范围。如FJAVCC=~V,VCCQ=~VADSVCC=~VLANCVCC=VATCVCC=~V。锂离子电池在V左右放电时间较长能更大限度提高电源效率延长电池寿命。下面是电源方案:锂电池TEA(或TEATS)LV(或者V)锂电池LTCV(或者V,V,V)(效率可高达)锂电池TEA(或TEATSTPS)V(效率可高达)。  在手持设备中一节锂电池供电输出多种电压电源。电池工作时间长短不仅取决于各器件的低功耗、电源变换器的能源效率还取决于系统对器件的功耗管理和软件功耗。推荐阅读:(按住Ctrl鼠标左键点击标题可以打开详细内容)、IC检测方法、什么是遥感技术、什么是无线网址、制冷设备维修技巧、什么是色温、手机RF设计问答、微波简史、微波小知识、卫星导航知识、卫星与遥感技术

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