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隨著高數據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，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網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務進行創收，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級能量管理。如果處理器能夠根據實際需要調節頻率，同時結合能根據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 電壓調節和節能的概念可以通過數字系統的能耗公式來表述： E={(CVDD2f)+(VDDILEAK)}t 這里動態項包括C(電路電容)、VDD(電源電壓)和f(時鐘頻率)；靜態項由數字門電路的ILEAK(泄漏電流)決定。從該式可看出，為什么在數字電路中采用常用的節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。動態電壓調節(DVS)和自適應電壓調節(AVS)是兩種常用的電壓調節技術。圖1顯示了DVS和AVS實現的節能情況。 什么是DVS 和 AVS？ DVS是一種開環方案，通過預特征削減或利用電壓-頻率查找表來調節電壓和頻率。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。雖然這種開環方案可以節省相當可觀的能量，但無法實現所有可能的能量節約。 AVS 是一種閉環方案，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技術實現的節能情況。 AVS的工作原理 AVS是一種系統級解決方案，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使系統能在目標SoC上實現動態電壓調節或全自適應電壓調節。APC通過與供電系統的相互作用，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，從而將數字邏輯能耗降至最低。 APC利用三個接口連接系統的其余部分：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實現方案。 本文小結 隨著越來越多的媒體內容以及高速數據率的出現，如何在多媒體手機中進行高速處理，同時節省能量以延長電池壽命正成為挑戰。AVS等先進的電源管理技術可以大幅度降低數字處理的能耗，從而延長設備運行時間，增強用戶體驗。利用這些先進的節能技術無需再每隔數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務。 作者：美國國家半導體公司 應用和市場工程師 Netnarin(Joy)Taylor |
