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：

P=I2R

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低功耗解决方案，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。

DVFS的SoC低功耗技术

基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究 从当前嵌入式消费电子产品来看，媒体处理与无线通信、3D游戏逐渐融合，其强大的功能带来了芯片处理能力的增加，在复杂的移动应用环境中，功耗正在大幅度增加。比如手机，用户往往希望待机时间、听音乐时间，以及看MPEG4时间能更长。在这样的背景下，如何降低嵌入式芯片的功耗已迫在眉睫。 1低功耗技术分析 表1给出低功耗技术分析表。由表1可见，随着沟道宽度的减少，单位面积上的动态功耗和静态功耗都在不断增加。 这样芯片功耗则可描述为： 式中：CeffVdd2fclock是动态功耗部分。其中a为当前频率下的翻转率；Ceff为节点负载电容；Vdd 为工作电压；fclock为工作频率。IleakVd是静态功耗部分，其中Ileak为漏电流。由式(1)可知，降低芯片功耗所需要降低的参数。 1．1降低动态功耗的手段 1．1．1降低α 降低α有两种方法：一是通过工具优化逻辑结构来降低α；二是通过编码方式来实现低的α，例如采用翻转码。实际上假设每一次翻转都是有效和最优的，则afclock可视为一常数，但真实情况并非如此，每次时钟驱动下的设计往往存在冗余，同时对于某种额定的上层任务本身，也可能不适合软硬件划分。对于fclock，若不使用该模块时，可直接gated该模块。这种gated有三种手段： (1)在时钟产生端进行gated，由软件配置。该手段要求在前端设计这样的功能，包括正向时钟gated 和反相时钟gated，其结构是对称的。实际上设计时，器件lib会提供标准的gated单元，这使得前端设计变得较为容易。 (2)在模块中进行硬件判断，以gated clock时钟。例如，在AHB总线上有一块memory，作为AHB从动装置。由于软件频繁访问该模块，因此若采用软件频繁gated，则导致操作不连续；若将模块设计在内部，则因AHB的HSEL信号变高，下一拍时钟在模块内部被打开，这样即可节省时钟翻转的功耗。尤其对于memory来说，时钟翻转和不翻转的功耗差别较大。 (3)利用综合工具在近端加gated，而无需在前端设计。 理论上，单纯的频率下降，并不能带来功耗的变化，因为工作量一定，频率的下降只能带来运行时间的增加，但是芯片功耗中，时钟树的功耗几乎占去30％，所以在合适降低频率时，会减少时钟树上的功耗。 1．1．2降低Ceff Ceff的降低因工艺选择的不同而存在较大的差别。因此，选择合适的工艺更有利于降低Vdd这样可使功耗得到平方关系的下降。然而，基于成本、可靠性及商务等考虑，只能选择某一种工艺，如130nm工艺，可通过DVFS来改变电压。它的核心是：(1)某种工艺下的library可以在一定电压范围内工作正常。(2)由于模块或系统工作在不同任务下所需的工作频率不同，因此可以计算DVFS的收益。假设一个系统可以进行MP3或MP4的解码任务，这样在MP3解码时，所需频率只有100MHz；在MP4解码时，所需频率是200MHz。

传统蓝牙与蓝牙4.0的区别

传统蓝牙与蓝牙4.0的区别 很多人不明白，蓝牙4.0与以前的传统蓝牙有什么区别，这些区别分别表现在哪里，下面随着蓝牙模块厂家云里物里一起来看下。根据SIG官方提供的数据，蓝牙4.0低功耗与传统的蓝牙技术相比，主要的改进主要体现在待机功耗的减少，高速连接的实现和峰值功率的降低三个方面。 第一、高速连接的实现 要明白这一过程，我们必须先介绍一下蓝牙设备和主机设备的连接步骤。 第一步：通过扫描，试图发现新设备 第二步：确认发现的设备没有而已软件，也没有处于锁定状况 第三步：发送IP地址 第四步：收到并解读待配对设备发送过来的数据 第五步：建立并保存连接按照传统的蓝牙协议的规范，若某一蓝牙设备正在进行广播，则它不会响应当前正在进行的设备扫描，而低功耗蓝牙协议规范允许正在进行广播的设备连接到正在扫描的设备上，这就有效避免了重复扫描，而通过对连接机制的改善，低功耗蓝牙下的设备连接建立过程已Bluetooth4.0蓝牙方案全球提供解决中心。 可控制在3ms内完成，同时能以应用程序迅速启动链接器，并以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连结，而传统蓝牙协议下即使只是建立链路层连接都需要花费100ms，建立L2CAP(逻辑链路控制与适应协议)层的连接建立时间则更长。蓝牙低功耗协议还对拓扑结构进行了优化，通过在每个从设备及每个数据包上使用32位的存取地址，能够让数十亿个设备能被同时连接。此技术不但将传统蓝牙一对一的连结优化，同时也利用星状拓扑来完成一对多点的连结。连接和断线切换迅速的应用场景下，数据能够在网状拓扑之间移动，但不至于为了维持此网络而显得过于复杂，这也有效减轻了连接复杂性，减少了连接建立时间。 第二、降低峰值功率 低功耗蓝牙对数据包长度进行了更加严格的定义，支持超短(8～27Byte)数据封包，并使用了随机射频参数和增加了GSFK调制索引，这些措施最大限度地减少了数据收发的复杂性；此外低功耗蓝牙还通过增加调变指数，并采用24位的CRC(循环冗余检查)确保封包在受干扰时具有更大的稳定度，低功耗蓝牙的射程增加至100m以上，以上措施结合蓝牙传统的跳频原理，有效降低了峰值功率。 第三、待机功耗的下降 传统蓝牙设备的待机耗电量大一直是为人所诟病的缺陷之一，这与传统蓝牙技术动辄采用16～32个频道进行广播不无关系，而低功耗蓝牙仅使用了3个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由传统的22.5ms减少到0.6～1.2ms，这两个协议规范上的改变显然大大降低了因为广播数据导致的待机功耗；此外低功耗蓝牙设计了用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，在深度睡眠状态下，主机长时间处于超低的负载循环(DutyCycle)状态，只在需要运作时由控制器来启动，因主机较控制器消耗更多的能源，因此这样的设计也节省了最多的能源；在深度睡眠状态下，协议也针对此通讯模式进行了优化，数据发送间隔时间也增加到0.5～4s，传感器类应用程序发送的数据量较平常要少很多，而且所有连接均采用先进的嗅探性次额定(Sn i f f-Subrating)功能模式，因此此时的射频能耗几乎可以忽略不计，综合以上因素，低功耗蓝牙的待机功耗较传统蓝牙大大减少。

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。

超低功耗系统设计

超低功耗系统设计 学院： 学号： 姓名：

基于MSP430单片机的开关稳压电源设计 MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片机，是一种超低功耗的混合信号处理器(MixedSignal Processor)，它具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点，具有很高的性价比，在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。开关Boost稳压电源利用开关器件控制、无源磁性元件及电容元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时把能量以磁场的形式存储在电感器中，或以电场的形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载。对DC—DC主回路采用Boost升压斩波电路。 2 系统结构和总设计方案 本开关稳压电源是以MSP430F449为主控制器件，它是TI公司生产的16位超低功耗特性的功能强大的单片机，其低功耗的优点有利于系统效率高的要求，且其ADCl2是高精度的12位A／D转换模块，有高速、通用的特点。这里使用MSP430完成电压反馈的PI调节；PWM波产生，基准电压设定；电压电流显示；过电流保护等。 系统框图如图1所示。 3 硬件电路设计 3．1 DC／DC转换电路设计 系统主硬件电路由电源部分、整流滤波电路、DC／DC转换电路、驱动电

路、MSP430单片机等部分组成。交流输入电压经整流滤波电路后经过DC／DC变换器，采用Boost升压斩波电路DC／DC变换，如图2所示： 根据升压斩波电路的工作原理一个周期内电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即： 式(1)中I1为输出电流，电感储能的大小通过的电流与电感值有关。在实际电路中电感的参数则与选取开关频率与输入／输出电压要求，根据实际电路的要求选用合适的电感值，且要注意其内阻不应过大，以免其损耗过大减小效率采样电路。对于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的大小的选取主要依据式(2)： 式(2)中：C为电容的值；D1为占空比；TS为MOSFET的开关周期；I0为负载电流；V’为输出电压纹波。 3．2 采样电路 采样电路为电压采集与电流采集电路，采样电路如图3所示。其中P6．O，P6．1为MSP430芯片的采样通道，P6．O为电压采集，P6．1为电流采集。 电压采集因为采样信号要输入单片机MSP430内部，其内部采样基准电压选为2．5 V，因此要将输入的采样电压限制在2．5 V之下，考虑安全裕量则将输入电压限制在2 V以下，当输入电压为36 V时，采样电压为：12／ (12+200)×36=2．04 V，符合要求。 电流采集采用康铜丝进行采集。首先考虑效率问题，康铜丝不能选择过大，同时MSP430基准电压为2．5 V，且所需康铜丝需自制。考虑以上方面在康铜丝阻值选取上约为O．1Ω。 3．3 PWM驱动电路的设计 电力MOSFET驱动功率小，采用三极管驱动即可满足要求，驱动电路如图

Nordic超低功耗蓝牙芯片nRF8001

Nordic超低功耗蓝牙芯片nRF8001 11月18日，2010年中国无线世界暨物联网大会在京正式举行，C114中国通信网为本届会议的独家战略合作媒体，进行现场全程直播报道。 主持人：下面有请来自Nordic Semiconductor ASA的Sebastien Mackaie-Blanchi先生做演讲，题目是《纽扣电池续航的蓝牙技术》。 Sebastien Mackaie-Blanchi：今天早晨大家听到了关于蓝牙技术的演进路线，下面我给大家更多地介绍一下蓝牙技术低功耗的特点，特别是在纽扣上面低功耗的技术。 今天我给大家介绍一下纽扣电池为什么需要蓝牙技术呢？在设计这样的设备的时候要有什么考虑呢？ 首先我们可以看到纽扣电池已经存在很多年了，比如像你的手表上也会用到纽扣电池，有一些体育运动设备，比如说测量仪表也会使用这个纽扣技术，现在蓝牙技术，特别是4.0的规范给我们提供了很多可能性。无论是什么样的规范我们都在看，而且蓝牙技术也是其中一个选择。蓝牙的低功耗技术将会更好地支持我们的纽扣电池，比如说一些玩具、体育用品以及其他的东西，可能使用的不仅仅是蓝牙技术。我们来看一看到底这个纽扣电池是什么样的呢？它有不同的类型，它们有时候容量很大，有时候容量很小。 请看一下我们的CR1216，它是25毫安，它的容量非常好，这是表标准使用的纽扣电池。大家可以看到，它的平均电流对寿命有着非常大的影响。其中一个非常重要的特征请大家记住，基于25毫安，如果使用这样的功耗的话，每天24小时运行，每周7天来运行，它可以用一年的时间，我们要保证它的平均电流要尽量地低，如果要使用一年的时间，你要保证它的电流要低于25毫安，而且它的峰值电流也是非常重要的，有的时候峰值电流可能是比较高的，如果峰值电流比较高的话，会影响电池的容量。如果它的峰值电流越高的话，它的电池寿命越短。大家在使用纽扣电池的时候，如果它的峰值电流低的话，也意味着它的功耗比较低。在温度不同的情况下使用，它的寿命也是不一样的。所以说在设计纽扣电池的时候我们要考虑两个重要的指标，一个是平均电流，一个是峰值电流。 我们有一个中心的设备，大家可以看到在中间，还有其他的一些外设设备，关键的是可以看到中间的设备它将会保证和传感器的连接，将这个设备连接的时候，中央的设备将会是连接的核心，因为中心的设备将会影响连接的参数，它会决定比如说和传感器多长时间交换一下数据，要和交换器交换多少数据。所以不仅要看传感器的问题，也取决于你的设备，它是不是使用屏幕或者是其他的功能，它的功耗肯定会有所不同。关键的要素在于，如果来看手机的话，它有应用在运行，它就会决定你的连接参数，它会确定出来多快的时间会影响你的功耗。蓝牙技术应该尽量少地使用电能，它们也可以增加包交换的时延，它并不是针对大流量的应用设计的。所以说纽扣电池并不是要以这样的应用，我们只是针对一些非常简单的应用，尽量频率要少的交换数据，比如一些远程的控制或者是其他的一些非常简单的设备。像耳机之类的，这些可能只能使用可充电电池而不能使用纽扣电池。如果从一个设备到另外一个设

基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程

https://www.sodocs.net/doc/5013401920.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/5013401920.html, liaoshuiqing@https://www.sodocs.net/doc/5013401920.html, zhangjianjing@https://www.sodocs.net/doc/5013401920.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/5013401920.html, April26,2005 Technical Report MSR-TR-2005-51 Microsoft Research Microsoft Corporation One Microsoft Way Redmond,WA98052 https://www.sodocs.net/doc/5013401920.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

各种超低功耗隔离技术的比较及应用

各种超低功耗隔离技术的比较及应用 长久以来，隔离一直被设计师视为一个必不可少的负担。说它必不可少是因为，它可以使电子元件变得安全，以便任何人都能使用。说它是个负担是因为，它会限制通信速度，消耗大量电能，并占用较大的电路板空间。基于老技术的光耦合器，甚至许多较新的数字隔离器，其功耗非常高，致使某些类型的应用失去了可行性。在本文中，我们将考察超低功耗隔离领域的最新发展，其与现有技术的关系，以及其实现方式。同时，我们还将探讨可以从这类新器件受益的多种应用。 对设计师来说，大约45年前出现的现代光耦合器是一个巨大的进步。它们允许在电源控制电路中实现反馈，在通信电路中实现信号隔离以中断接地环路，以及对高端功率晶体管或电流监控器进行通信。 20世纪70年代，光电器件大量涌现。这些器件影响了RS-232、RS-485等通信标准，以及4至20mA电路环路和DeviceNet及PROFIBUS等工业总线的发展。受隔离器件本身限制的影响，光隔离的功能决定了这些通信总线的诸多特性。在接下来的20年中，隔离技术的发展变化基本上属于量变，而到了2000年，市场上出现了首批新型芯片级数字隔离器。这些新器件以感性耦合技术为基础，采用芯片级变压器、GMR材料以及后来的差分容性耦合技术。与较老的光耦合器相比，这些新技术可以实现超高的速率和超低的功耗水平，然而，受当时实施的标准限制，新器件的许多功能(如高速率)并未得到充分利用，因为现行标准接口并不需要这些功能。 在数字隔离器采用标准封装和IC工艺制造其编码和解码电子元件之后，数字化功能的添加变得十分简便。低功耗、对低电源电压的支持以及高集成度成为非光学隔离器的主要设计优势。能大幅提高隔离速率并且大幅降低隔离功耗的新技术可以支持要求最为苛刻的新接口标准。目前，数字隔离器的功耗(远远低于光耦合器)需要低两至三个数量级才能进入新的应用空间。到目前为止，高性能隔离还不能实现这一目标。 各种技术的比较 隔离器件性能的快速发展是数据编码方案与数据传输所用介质的效率共同作用的结果。在

蓝牙5.0,几款低功耗蓝牙模块介绍

蓝牙5.0，几款低功耗蓝牙模块介绍 蓝牙5.0是蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group)于2016年6月16日发布的新一代蓝牙标准。新标准将比蓝牙4.2有全面的提升，无论是通信速度、通信距离还是通信容量都有大幅度的改善。 官方表示，全新蓝牙5.0标准在性能上将远超目前的版本，也就是蓝牙4.2LE版本，包括在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍，也就是说，理论上，蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达300米。而传输速度是4.2LE版本的2倍，速度上限为24Mbps。 下面小编就为你介绍几款低功耗的蓝牙5.0、蓝牙4.2模块。 MS88SF2 MS88SF2是采用Nordic nRF52840设计的贴片蓝牙5.0模块。它是一款高性价比、低功耗的片上系统(Soc)解决方案，适合蓝牙低功耗的应用，它降低了建立网络节点的成本。它有一个ARM内核Cortex-M4F的RF收发器，MCU有更快的运行速度，内核运行速度达到64Mhz，它能够实现更强大的运算能力以及浮点运算的技术，能实现非常复杂的算法。1MB FLASH程序空间、256KB RAM和其它功能强大的配套资源。它适用于低功耗系统、超低的睡眠电流及运行时的低功耗。 MS50SFB

MS50SFB是采用Nordic nRF52832设计的贴片5.0模块，该模块可采用PCB天线，陶瓷天线，带IPEX端子三种方式。它有一个ARM内核Cortex-M4F的RF收发器，MCU有更快的运行速度，它适用于低功耗系统、超低的睡眠电流及运行时的低功耗。 MS50SF6 MS50SF6是采用Nordic nRF52832的WLCSP封装设计的贴片蓝牙4.2模块。它有一个ARM 内核Cortex-M4F的RF收发器，MCU有更快的运行速度，内核运行速度达到64Mhz，它能够实现更强大的运算能力以及浮点运算的技术，能实现非常复杂的算法。512KB FLASH程序空间、64KB RAM和其它功能强大的配套资源。

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

低功耗广域网(LPWAN)技术

是德科技 低功耗广域网（LPWAN） 技术——优势和测试挑战 应用指南

什么是 LPWAN？ 物联网是指由数十亿个设备连接到互联网所组成的一个网络。一些常见的设备包括可穿戴设备和智能家居设备等。这些类型的应用，基本上是要以牺牲部分隐私为代价来获取某些便利。对于工业物联网而言，其优势是巨大的。物联网可以提升工作效率、降低成本、减少能耗，还包括机器学习依据大数据做出动作。通过分析所有这些设备所产生的数据，您可以提升工作效率，或为客户提供更好的服务。由于您能够更深入地了解客户，因此能提供新的服务并扩大业务范围。 不过，当今的大多数无线技术还无法满足物联网的要求，尤其是在覆盖范围或电池使用寿命方面。 数据速率/功耗 覆盖范围 图 1. 比较 LPWAN 技术与其他物联网无线标准的数据速率、功耗和覆盖范围 为了满足物联网的要求，您必须在数据速率、功耗和覆盖范围之间进行权衡。要实现低功耗，可能不得不牺牲数据速率。 在图 1 中，WLAN 和 LTE（蜂窝）能以极高的数据速率和高功耗提供短距离和长距离的覆盖范围。 ZigBee、BT LE 和 NFC 能以中等数据速率和低功耗提供短距离的覆盖范围。 LPWAN 是一种能够同时满足覆盖范围和电池使用寿命要求的技术。它能提供最长距离的覆盖范围，而功耗非常小，同时只需牺牲少许的数据速率。很多智慧城市和智能公用事业应用，例如智能路灯、湿度传感器、智能计量和智能停车，对数据速率的要求不高，但却需要非常广阔的覆盖范围。这就是您需要 LPWAN 的原因。

LPWAN 技术：案例研究 让我们思考一下，如何使用 LPWAN 在无线智能计量应用中提高工作效率。 一家公用事业公司负责为一个小城镇的所有家庭供水。这家公司必须派人到每一户去抄水表。这个过程完全通过人工完成，在上门的路上浪费了大量时间。如果能够在每一户中部署水表，通过水表无线跟踪用水情况，并将数据发送到云，该公司就可以节省大量的工时，进而节省大量的成本，使公司可以专注于其他领域。此外，这家公用事业公司将能更好地了解客户的用水模式，并据此优化供水能力，确保在高峰时段提供充足供水。 为了无线跟踪用水情况，该公司必须为水表添加一个很小的硬件设备，即物联网客户端或代理器。这个硬件可以读取水表数字，并将读数定期发送到云。在这种情况下，数据速率和时延并不重要。最重要的因素是覆盖范围和电池使用寿命。某些水表安装在遥远的位置、地下室或难以到达的地方。无线技术必须支持广泛的覆盖区域，并能提供深入的室内覆盖。水表中的电池预期能够使用 10 年以上。 因此，这些服务提供商面临的挑战是： 1. 将所有这些处于遥远位置的水表通过无线技术连接到云。 2. 确保这些水表中的电池使用寿命达到 10 年以上。 为了克服这些挑战，这家公用事业公司可以采用一种 LPWAN 技术。通常，我们可以把这些技术分为授权许可的技术和非授权许可的技术。每一种技术都有其优点和缺点。

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

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。