浅析DSP应用系统中降低功耗的设计办法
DSP中指令Cache的低功耗设计
数 ， 而降低指令 Ｃ ｃｅ 从 ａｈ 的功耗 。此外在 Ｌ ｅＢ ｆ ｒ ｎ ｉ ｕ ｅ控制 器 中添加 了重装控制单 元 ， 当指令 Ｃ ｃｅ 生缺失 时， ａｈ发 能将 片外存储单
元 中的指令 直接 送给 Ｃ Ｕ， 而最 大限度地减 少由于 Ｃ ｃｅ 失所引起 Ｃ Ｕ取 指的延迟。经验证 ， Ｐ 从 ａｈ 缺 Ｐ 该设 计在降低功耗 的同时， 还
Ｋｅ ｒ ｓ Ｃａ ｈ ； ｎ ｆｅ ；ｏ ｐ ｗｅ ；ｅ ｌ ｅ ｇｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｃ ｅ Ｌｉ ｅ Ｂｕ ｒ ｌ ｗ ｏ ｒ ｒ ｆ ｌ ｎ ｉ ｅ ｉ
摘
要： 设计 了一种 低功耗指令 Ｃ ｃｅ 来减 少 Ｃ Ｕ对指令 Ｃ ｃｅ ａ ： ｈ Ｐ ａｈ 之 ＆Ｌ ｅＢ ｆｒ ｎ ， Ｐ ａｈ 的访 问次
ｔ ａ ｅ ｄ ｓｇ ａｌ ｎ ｔ ｏ ｌ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ｂ ｔ ａｓ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉ ｓｒ ｃ ｉ ｎ Ｃａ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ． ｈ ｔ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｃ ｌ ｏ ｎ ｙ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｔ ｕ ｌｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｎ ｔｕ ｔ ｃ ｅ ｐ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ
Ｙ ＮＧ ｉｏ ａ ｇ ＱＵ Ｌ ｎ ｘａ ｇ Ｚ ＮＧ ｈ ｄ ｎＬｏ ｏ ｒ ｉ ｓｒ ｃ ｏ ｃ ｅ ｄ ｓ ｎ Ｃ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ａ ｄ Ａ ｐ － Ａ Ｘ ａ ｇ ｎ ， ｉ ｇ ｉｎ ， ＨＡ Ｓ ｕ ａ ． ｗ ｐ ｗｅ ｎ ｔｕ ｔ ｎ Ｃａ ｈ ｅｉ ． ｏ ｕ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ ｐ Ｈ ｉ ｇ ｎ
ｙ Ｗｈａ’ ｒ ，ｔ ｌｏ ｍｉｉ ｚ ｓ ｔｅ Ｃａ ｈ ｓ ｅ ａｔ ｂ ａ ｄｎ ｅ ｌ ｎ ｉｅ ｔ ｈ ｉｅ Ｂｕ ｒ ｍｕａｉ ｅｕｔ ｓ ｏ ｒ ． ｔ Ｓ ｍｏ ｅ ｉ ａｓ ｎｍｉｅ ｈ ｃ ｅ ｍｉｓ ｐ ｎ ｌ ｙ ｄ ｉ ｇ ｒｆ ｌｅ ｇｎ ｏ ｔｅ Ｌ ｎ ｆｅ．ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｙ ｉ Ｓ ｏ ｓ
电路设计流程如何降低功耗与能耗
电路设计流程如何降低功耗与能耗电路设计在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。
在大多数情况下，设计师需要考虑如何降低电路的功耗与能耗，以提高设备的效率和延长电池寿命。
本文将探讨电路设计流程中的几个关键方面，以帮助设计师降低功耗与能耗。
一、能耗分析与需求确定在开始设计之前，进行能耗分析是非常重要的。
设计师应该确定设备的能耗需求，以便在设计过程中有一个明确的目标。
通过对电路的功耗进行细致的分析，可以更好地确定适用的设计策略和优化方法。
二、选择低功耗组件在选择电路组件时，应该优先选择低功耗的器件。
例如，低功耗微处理器、低功耗显示屏和低功耗传感器等。
这些器件通常具有专门针对功耗优化的设计特性，并且能够在常规设计中实现功耗的降低。
三、电源设计优化在电路设计中，电源的设计也是功耗优化的一个关键方面。
设计师应该考虑使用高效的电源管理电路，以减少不必要的功耗损失。
此外，使用睡眠模式和动态电压调节等技术能够显著降低电路功耗。
四、时钟频率与时序优化通过优化电路的时钟频率和时序，可以有效降低功耗与能耗。
降低时钟频率可以减少开销、延长电池寿命。
此外，通过设计有效的时序方案，可以减少功耗损失，提高电路的整体效率。
五、优化电源线与地线布局电源线和地线布局的优化对功耗的降低也起到重要的作用。
合理规划电源线的路径和分布，避免长线路和多跳连接，可以减少功耗。
同时，良好的地线布局可以减少信号环路和地干扰，提高电路的稳定性和效率。
六、功耗模拟与验证在电路设计的早期阶段，进行功耗模拟和验证是必不可少的。
通过利用电路设计工具进行功耗模拟，可以及时发现并解决潜在的功耗问题。
此外，在设计完成后，进行实际的功耗验证也是非常重要的，以确保设计的功耗与能耗符合预期。
七、优化散热设计过高的温度可以增加电路的功耗和能耗。
因此，在电路设计中，合理的散热设计也必不可少。
通过选择合适的散热器件和散热解决方案，可以有效降低电路的功耗和能耗。
八、功耗测试与优化在电路设计完成后，进行功耗测试和优化是非常重要的步骤。
DSP 时钟和低功耗模式
第4章时钟和低功耗模式片内集成有PLL(锁相环)电路。
外接的基准晶体+PLL(锁相环)电路共同组成系统时钟电路。
有关引脚：XTAL1/CLKIN：外接的基准晶体到片内振荡器输入引脚；如使用外部振荡器，外部振荡器的输出必须接该脚。
XTAL2：片内PLL振荡器输出引脚；CLKOUT/IOPE0：该脚可作为时钟输出或通用IO脚；可用来输出CPU时钟或看门狗定时器时钟；由系统控制状态寄存器（SCSR1)中的位14决定。
当不作时钟输出时，就可作通用I/O。
复位时，本脚配置为CLKOUT。
4.1 锁相环（PLL）PLL支持从0.5∼4倍输入时钟频率的乘法因子。
PLL还可控制低功耗操作。
PLL的倍率由系统控制状态寄存器（SCSR1)的位11∼9来决定。
如下表所示。
复位时，倍率默认为0.5。
两种时钟方式：（1）内部时钟：只需外接晶体振荡器（2）外部时钟：把外部时钟接至XTAL1/CLKIN脚2.外部滤波器电路回路用来抑制信号的抖动和电磁干扰。
电路中存在大量噪声，通过实验来确定滤波器回路元件。
5.PLL旁路方式可对片内PLL实现旁路，通过复位时拉低TRST、TMS和TMS引脚来实现。
此时改变系统时钟的唯一方法是改变输入频率，系统的时钟与外输入时钟相同。
此时，不需滤波器元件。
使用片内时钟：CLKIN的时钟频率4∼20MHz使用片外时钟：CLKIN的时钟频率4∼30MHz（对2407A为40MHz）4.2 看门狗定时器时钟当时钟CPUCLK=40MHz,WDCLK来自于：WDCLK＝CLKOUT/512=78125HzWDCLK是由看门狗定时器的外围器件生成的。
4.3 低功耗模式有一IDLE（睡眠）指令，可关闭CPU时钟，节约能耗。
当收到一个中断请求或者复位时，CPU会退出睡眠状态。
4.3.1 时钟域有两个时钟域：（1）CPU时钟域:包含大部分CPU逻辑的时钟；（2）系统时钟域：包含外设时钟（来自CLKOUT分频）和用于CPU中断逻辑的时钟。
DSP电源系统的低功耗设计
DSP电源系统的低功耗设计自从美国TI公司推出通用可编程DSP芯片以来，DSP技术得到了突飞猛进的发展。
DSP电源设计是DSP应用系统设计的一个重要组成部分，低功耗是DSP电源系统设计的发展方向。
由于DSP一般在系统中要承担大量的实时数据计算，在CPU内部，频繁的部件转换会使系统功耗大大增加，降低DSP内部CPU供电的核电压是降低系统功耗的有效方法，因此TI公司的DSP大多采用低电压供电方式。
从一定程度上说，选择什么样的DSP就决定系统处于什么样的功耗层次。
在实际应用中，电源系统直接决定了DSP 能否在高性能低功耗的情况下工作，因此，一个稳定而可靠的电源系统是至关重要的。
TI公司最新推出的TPS6229X系列开关电源芯片有两种工作模式：PWM模式和节能模式。
在额定负载电流下，芯片处于PWM模式，高效稳定的为DSP供电，当负载电流降低时，芯片自动转入节能模式，以减小系统功耗，适宜于DSP 系统的低功耗设计，本文主要介绍了该芯片的特点，并给出了基于此芯片的DSP电源电路。
l DSP电源特点1．1 电源要求TI公司的DSP需要给CPU、FLASH、ADC及I／O 等提供双电源供电，分别为1．8V或2．5V核电源和3．3V的I／O电源，每种电源又分为数字电源和模拟电源，即数字1．8V(2．5V)、模拟1．8V(2．5V)，数字3．3V，模拟3．3V。
相对与模拟电源和数字电源，也要求有模拟地和数字地。
数字电源与模拟电源单独供电，数字地与模拟地分开，单点连接。
DSP大多采用数字电源供电，可以通过数字电源来获得模拟电源，主要有两种方式：(1)数字电源与模拟电源、数字地与模拟地之间加电感或铁氧体磁珠构成无源滤波网络。
铁氧体磁珠在低频时阻抗很低，在高频时很高，可以抑制高频干扰，从而消除数字电路的噪声。
(2)采用多路稳压器。
方法(1)结构简单，能满足一般的应用要求，方法(2)有更好的去耦效果，但电路复杂成本高。
1．2 供电次序TI公司DSP采用双电源供电，因此，需要考虑上电、掉电顺序。
DSP电源系统的低功耗设计
DSP电源系统的低功耗设计随着科技的不断进步，数字信号处理(DSP)在许多领域得到了广泛应用，如通信、音频、视频等。
DSP芯片是整个系统的核心，其性能直接影响系统的质量和功耗。
因此，设计一种低功耗的DSP电源系统至关重要。
在设计低功耗的DSP电源系统时，可以从电源的选择、电源管理技术以及电路设计等方面入手。
1.电源的选择a.高效率电源：选择高效率的DC-DC转换器作为DSP的电源供应，提高整个系统的功耗效率。
b.深睡眠和快速唤醒模式：选择支持低功耗模式的电源，如深睡眠模式和快速唤醒模式。
在DSP不工作时，将电源转到低功耗模式，从而降低功耗。
c.动态电压调整(DVC)：根据DSP工作负载的变化，动态调整电压供应，以降低功耗。
2.电源管理技术a.关闭未使用的模块:将DSP中未使用的模块关闭，以减少功耗。
例如，关闭未使用的内存和接口模块。
b.时钟管理:根据DSP的实际需求，选择合适的时钟频率和功耗模式。
降低时钟频率和功耗模式可以有效地降低功耗，但同时也会降低DSP的性能。
c.特定功耗优化算法:应用特定的优化算法，如动态电压频率缩放(DVFS)等，根据工作负载动态调整DSP的电压和频率。
这样可以在保证系统性能的前提下降低功耗。
d.睡眠模式管理:在DSP不工作时，将其切换到睡眠模式，降低功耗。
睡眠模式下，关闭不必要的模块，减少功耗。
3.电路设计a.降低电路的静态功耗:通过合理的电路设计，降低电路的静态功耗，如减少待机模式下电源的漏电流。
b.降低电路的动态功耗:减少电路的开关频率，降低动态功耗。
例如，使用较低的时钟频率和功耗模式，以及合理控制总线和存储器的访问次数。
c.优化供电网络:在电路设计中，合理配置供电网络，减少电源纹波和噪声对DSP的影响，提高系统的稳定性和效率。
4.软件优化a.降低算法复杂度:在软件开发过程中，选择合适的算法和数据结构，降低DSP的计算复杂度，从而降低功耗。
b.降低数据处理量:优化数据处理的过程，减少不必要的计算和数据移动操作，降低功耗。
低功耗数字信号处理器优化设计
低功耗数字信号处理器优化设计随着科技的发展，数字信号处理器(DSP)的应用越来越广泛。
而在众多DSP芯片中，低功耗数字信号处理器逐渐受到人们的重视。
低功耗数字信号处理器一方面能够最大限度地减少电池能量消耗，另一方面也能够提高处理速度，使得设备更加高效、耐用，迎合了现代消费电子产品的要求。
本文将从几个方面介绍低功耗数字信号处理器的优化设计。
一、功耗优化技术首先，对于低功耗数字信号处理器的设计，功耗优化技术是必不可少的。
其中包括以下几个方面：1.变压器设计技术变压器降压技术正是利用磁耦合效应把高压转换为低压的一种变压器，在实际的低功耗数字信号处理器中，变压器伏特数普遍不超过1V左右，这样可以降低功耗，使得处理速度更快。
2.电压管理低功耗环节通常被设计成动态电压范围，以满足各种负载要求。
此外，数字控制电路和模拟式电路一般采用低功耗的互补金属氧化物半导体技术(CMOS)。
3.低功耗算法低功耗数字信号处理器中存在着一些优秀的低功耗算法，比如大量采用FIR、FFT等特定算法，可以减少运算次数，从而减少功耗。
二、优化网络连接除了功耗优化技术，优化网络连接也是低功耗数字信号处理器优化设计中需要考虑的重要因素。
在数据传输的过程中，网络连接屏幕和地面板连接，以及电布线均存在着一些问题。
以下是网络连接方面的优化技术：1.薄层铝线技术薄层铝线技术是众多电路连接技术中的一种，它是利用铝线在厚膜印刷电路板上形成的一种高精度的电路连接。
这种技术可以在减小功耗的同时，加快数据传输速度。
在低功耗数字信号处理器的设计中，采用薄层铝线技术不仅可以使得数据传输更加快速，同时使得功耗更加低。
2.优化连接方式另外一种常见的链接方式是采用平面化连接技术，在这种连接方式下，利用地板和屏蔽线等元件进行连接，从而形成更为紧密的连接。
三、独立选择优化方案在低功耗数字信号处理器的优化设计中，需要根据实际情况选择适合的优化方案。
例如，在一些已有的低功耗数字处理器的解决方案中，可以采用一些快速算法，从而实现功耗的降低和速度的提高。
基于DSP指纹锁低功耗设计
图 ３ 总 体 结 构 图
收 稿 日期 ：０ ９１ －３ ２ ０ —２２
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ７ —０ １ ２ １ ． ３ ０ ２ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ １１ ４ ．０ ０ ０ ． １ ｓ
基 于 ＤＳ Ｐ指 纹锁 低 功 耗 设 计
杨伟钧 。 富华 。陈红玲 梁
势 ［ ］ 精细与专用化学品 ，０ ２ （３ Ｊ． ２ ０ ，２ ） ［ ］邓广渝 ， ３ 衣春霞 ， 张义刚 ， 国外防砂技 术及发展趋 势 ［ ］ 等． Ｊ． 石油科技论坛 ，０ ７，０ ） ２ ０ （ ６ ［ ］管丙金． ４ 防砂工艺现状及探索［ ］ 化上之友 ，０ ７， １ ） Ｊ． ２０ （ ３ ［ ］国家石油和化学工业 局． ５ 油井 防砂效 果评价 方法， 中华 人 民 共和 国石油天然气行业标准 ，Ｙ Ｔ １ ３２ ０ ． Ｓ ／ ５ ８ －０ ０ ［ ］王 宝 权 ， 厚 利 ， 向 明 ， ． 功 能 防 砂 实 验 装 置 ． 利 号 ： ６ 孙 刘 等 多 专
实 时监 测 模 块 ： １ ）将采集 到的实 时数据 自动进 行修 正分析 。 数据 以图形 方式在桌面上进行 动态显示 ， 并提供温度 、 压力异常报警 。 ２ ）对 已采集 的历史 数据进 行 回放 ， 方便 对这 些数据 进行 分析和判断 。 在 系统桌 面用鼠标点击“ 防砂剂评价装置软件 系统 ”的快 捷 方 式 图标 ， 即可 启 动 系 统 ， 入 系 统 主 操 作 界 面 。 进
萱 盎
口科研 设计成 果 口
用户管 理模 块 ： 入用 户名 和密码 经检查 后予 以允 许进 输 入或者拒绝进入 。 数据管理模块 ： １ ）本模块能进行登 陆及权 限管理 ， 保证使用 的安全性 。 可 以将数据备份到存储设备 上并 加密。 ２ ）提 供 数 据 导 入 、 出功 能 ， 导 可将 数 据 导 出生 成 文 本 文 件 或 导 出 到 ｅｃ ｌ ｘ ｅ。
如何优化嵌入式DSP应用的功耗(精)
如何优化嵌入式DSP应用的功耗采用软硬件技术可以提高电源效率，而使用内置电源管理API的DSPRTOS更容易实现上述目的。
作者：ScottGary，德州仪器(TI)无线及有线系统设计师均必须重视电源效率问题，尽管双方的出发点不尽相同。
对于移动设备而言，更长的电池使用寿命、更长的通话时间或更长的工作时间都是明显的优势。
降低电源要求意味着使用体积更小的电池或选择不同的电池技术，这在一定程度上也缓解了电池发热问题。
对于有线系统而言，设计师可通过减小电源体采用软硬件技术可以提高电源效率，而使用内置电源管理 API 的 DSP RTOS 更容易实现上述目的。
作者：Scott Gary，德州仪器 (TI)无线及有线系统设计师均必须重视电源效率问题，尽管双方的出发点不尽相同。
对于移动设备而言，更长的电池使用寿命、更长的通话时间或更长的工作时间都是明显的优势。
降低电源要求意味着使用体积更小的电池或选择不同的电池技术，这在一定程度上也缓解了电池发热问题。
对于有线系统而言，设计师可通过减小电源体积、减少冷却需求以及降低风扇噪声来提高电池效率。
人们很少会提到这样一个事实：提高电源效率还可节省空间，用以增加能够提高系统性能的组件，尤其是设计小组希望添加一个以上处理器时，这一点非常重要。
设计嵌入式 DSP 处理器或系统功耗要求严格的系统时，采用 DSP 专用技术、操作系统及其支持软件可以降低功耗。
超越传统技术的 DSP 或双处理器设计在节约能量方面表现出色。
本文将讨论传统及专门针对 DSP 的功耗优化技术，首先对使用到的术语和原理进行定义与说明。
功耗基础知识互补金属氧化物半导体 (CMOS) 电路的总功耗是动态功耗与静态功耗之和 [参考资料 3]：当门发生逻辑状态转换并产生内部结点充电所需的开关电流以及P 通道及N 通道同时暂态开启引起直通电流时，就会出现动态功耗。
通过以下公式可以估算其近似值：其中，Cpd 为动态电容，F 为开关频率，Vcc为电源电压，而 Nsw 为转换的比特数。
电路设计流程如何降低功耗与能耗
电路设计流程如何降低功耗与能耗电路设计在现代科技应用中起着举足轻重的作用，为了提高电路性能和延长电池寿命，降低功耗和能耗是一个非常重要的课题。
本文将介绍几种降低功耗和能耗的常用电路设计流程。
一、优化电路结构电路结构的优化是降低功耗和能耗的基础。
通过分析电路需求和性能指标，合理设计电路结构，可以达到最优的功耗与能耗比。
一些常见的优化方法包括：1.1 降低电压：在不影响电路功能和性能的前提下，尽可能降低电压水平。
电路工作时，功耗与电压的平方成正比，因此适当降低电压可以有效降低功耗和能耗。
但要注意，降低电压可能会引起电路稳定性等问题，需要综合考虑。
1.2 升级器件：选择低功耗和高效能的器件是降低功耗和能耗的重要手段。
比如，使用低功耗的微处理器、低压差线性稳压器等器件，可以显著降低功耗。
此外，优化电路中的晶体管结构和材料选择等也能改善器件性能。
1.3 电源管理：合理的电源管理非常重要。
采用动态电压调整等技术，根据系统需求动态调整供电电压，可以在保证性能的同时节省能耗。
二、功耗优化技术除了优化电路结构，还可以采用一些特殊的技术来降低功耗。
以下是一些常见的功耗优化技术：2.1 动态电压频率调整(DVFS)：动态电压频率调整是基于电路的工作负载情况动态调整供电电压和频率，从而降低功耗。
在低负载情况下，降低电压和频率，以减少供电能耗；在高负载情况下，提高电压和频率，以保证电路性能。
2.2 时钟门控：通过时钟门控技术，可以只在需要的时候打开电路，减少非必要的功耗。
比如，在处理器的空闲状态下关闭一些不必要的时钟信号和功能模块。
2.3 电源管理：通过采用开关电源等高效能的电源管理方案，可以提高能量转换的效率，减少功耗损耗。
三、能耗优化技术除了功耗优化技术，还有一些专门用于降低能耗的技术。
以下是一些能耗优化技术：3.1 休眠模式：在电路不工作或者处于空闲状态时，将电路切换到休眠模式，以提高能耗效率。
在休眠模式下，关闭不必要的电源和电路，减少能耗。
dsp的低功耗模式
240xA系列DSP有一个低功耗指令IDLE，当被执行时，该指令将停止CPU 中所有电路的时钟；尽管如此，从CPU中出来的时钟将继续输出。
通过使用该指令，CPU的时钟将被关闭以节约能量。
当遇到复位或者中断请求时CPU将推出IDLE模式。
1.1时钟类型所有以240xA为内核的设备均包含下面两种时钟类型：n组成大部分CPU逻辑电路时钟的CPU时钟。
n组成外设时钟以及CPU中的中断逻辑电路的系统时钟（由CPU 中出来的CLKOUT得来）。
当CPU进入IDLE模式时，系统时钟继续产生，CPU时钟停止产生。
这种模式叫作IDLE1 模式。
当CPU进入IDLE2 模式时，CPU时钟，系统时钟都将停止产生，这样允许进一步的节省能量。
第三种节能模式，HALT模式，有可能将看门狗时钟以及振荡器时钟关闭。
在HALT模式中，输入到锁相环的时钟被关闭。
低功耗模式不会改变通用I/O口的状态。
在进入低功耗模式之前，I/O口将保持住同样的状态。
并且，进入低功耗模式后，通用I/O口不会进入到高阻抗状态以及内部电压上拉或下拉不会改变。
当执行IDLE指令时，系统配置寄存器SCSR1 的12，13位LPM位将决定DSP进入三种节能模式中的哪种模式。
以下图标为三种模式下各时钟的关闭情况以及退出该情况所需要的条件。
(见相册)1.2退出低功耗模式多种情况可以退出低功耗模式。
以下部分描述了怎样退出低功耗模式。
1.2.1复位复位（任何情况下的复位）可以使DSP退出任何一种低功耗模式。
如果DSP处于HALT模式即暂停状态下，复位将启动振荡器；尽管如此，由于启动振荡器至产生时钟需要一定时间，CPU的复位将被延迟一段时间。
1.2.2外部中断外部中断，XINTx，可以使DSP退出出HALT的任何一种中断。
如果DSP处于IDLE2节能模式，连接到外部中断引脚的同步逻辑可以识别出在引脚上的中断，然后开始系统时钟和CPU时钟，然后允许时钟逻辑向PIE控制器产生中断请求。
集成电路设计中的低功耗优化技术
集成电路设计中的低功耗优化技术随着信息技术的飞速发展，集成电路（IC）在各种电子设备中扮演着越来越重要的角色。
然而，随着IC复杂性的增加，功耗控制成为了集成电路设计中的一大挑战。
低功耗优化技术的研究与应用，成为了提高集成电路性能的关键因素。
本文将详细探讨集成电路设计中的低功耗优化技术，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
1. 低功耗优化的重要性集成电路的功耗主要来源于两个方面：静态功耗和动态功耗。
静态功耗主要由晶体管的导通电阻和电源电压决定，与集成电路的工作状态无关；动态功耗则与集成电路的工作状态密切相关，主要由晶体管的开关操作产生。
随着集成电路工艺的不断进步，晶体管尺寸的不断减小，功耗优化变得越来越重要。
低功耗优化技术不仅可以延长电子设备的电池寿命，降低能耗，还可以减少集成电路产生的热量，提高系统稳定性。
此外，低功耗设计还可以降低集成电路的成本，提高经济效益。
因此，低功耗优化技术在集成电路设计中具有重要的意义。
2. 低功耗优化技术概述集成电路设计中的低功耗优化技术主要包括以下几个方面：（1）电路级优化：通过调整电路结构和参数，降低电路的动态功耗。
主要包括晶体管尺寸优化、电路布局优化、时序优化等。
（2）系统级优化：从系统角度出发，对整个集成电路进行功耗优化。
主要包括任务划分、模块划分、资源共享等。
（3）算法级优化：通过对算法进行改进，降低集成电路的功耗。
主要包括算法复杂度优化、数据结构优化等。
（4）工艺级优化：通过改进集成电路的制造工艺，降低功耗。
主要包括纳米工艺、新型材料等。
接下来，我们将分别对这四个方面的低功耗优化技术进行详细探讨。
以上内容为本文左右。
后续内容将分别对电路级、系统级、算法级和工艺级优化技术进行深入分析和讨论。
3. 电路级优化技术电路级优化是低功耗设计的基础，主要包括晶体管尺寸优化、电路布局优化和时序优化。
（1）晶体管尺寸优化：随着工艺技术的进步，晶体管尺寸不断减小，漏电流增加，功耗也随之增大。
降低汽车音响系统噪声与功耗应用电路设计
降低汽车音响系统噪声与功耗应用电路设计，而且也努力采用良好的电路设计和布局布线技术，以及选择噪声更低的优良组件来降低信号源处的噪声，但在设计过程中仍然可能出现许多不确定性。
汽车多媒体系统的设计人员需要处理许多复杂问题，因此必须具备高水平的模拟/混合信号设计技能。
即便如此，原型产品的性能仍有可能与预期不符。
例如，1mV rms 的噪声水平会带来巨大挑战。
至于爆音，现有解决方案使用MCU 在电源开关期间控制功率放大器的时序，但当该处理单元距离功率放大器较远时，布局布线和电磁干扰（EMI）会构成潜在问题。
功耗随着车载电子设备越来越多，功耗问题变得日趋严重。
例如，如果音频功率放大器的静态电流达到200mA，则采用12V 电源时静态功耗就高达2.4W。
如果有一种方法能检测到没有输入信号或信号足够小，进而关闭功率放大器，那么在已开机但不需要扬声器发出声音的时候，就可以节省不少功耗。
将噪声和功耗降至最低利用SigmaDSP 技术，就可以提供这样一种方法，可以减少系统噪声和功耗，同时不增加硬件成本。
SigmaDSP 处理器与功率放大器之间的红色信号线控制功率放大器的静音/待机接脚。
在正常默认工作模式下，开集GPIO1 接脚透过10kΩ上拉电阻设置为高电平（电源开关期间，SigmaDSP 处理器（而不是MCU）透过响应MCU 的命令直接控制功率放大器的静音/待机。
例如，在电源接通期间，来自MCU 的控制信号透过I2C 接口设置SigmaDSP 处理器的GPIO1，使之保持低电平（静音），直到预定的电容器充电过程完成，然后MCU 将GPIO1 设置为高电平，由此消除启动瞬变所引起的爆音。
关闭电源时，GPIO 立即变为低。
影响高性能DSP功耗的因素及其优化方法
影响高性能DSP功耗的因素及其优化方法随着应用需求的不断提高，的速度也不断提高。
现在频繁的高性能DSP 速度已达到1GHz，TI的TMS320C6455最高速度已达到1.2GHz。
然而，DSP的功耗也随着DSP的速度提升而迅速增强。
DSP功耗越来越成为DSP 工程师关注的重要问题。
另外，1.2GHz目前几乎是DSP速度的上限，主要缘由还是功耗的限制。
更高速度DSP所带来的高功耗的负面影响已超过了其在性能方面带来的益处。
基于这个缘由，现在普遍采纳的提高DSP性能的技术是在单芯片内集成更多的核，而不是单纯提高单核的运行速度。
影响DSP功耗的因素数字的功耗不外乎两种：一种是动态功耗，消耗于规律的转换；另一种是静态功耗，因为晶体管存在的各种泄漏造成。
对于较老的DSP，或者说基于大于130nm工艺的DSP，静态功耗可以忽视不计；但随着工艺不断精微，静态功耗所占的比例越来越大。
对于最新的基于65nm工艺的DSP，静态功耗所占的比例达到50%左右。
静态功耗另外，静态功耗也受DSP工作温度的影响，随着工作温度升高，静态功耗呈指数级升高，这使得静态功耗在总功耗中所占的比例进一步提高。
另外，值得注重的是，温度上升会增强功耗，而功耗增强又使芯片温度进一步上升，温度和功耗这种相互助长的特性使得DSP散热系统的设计显得更为重要。
动态功耗当门发生规律状态转换并产生内部结点充电所需的开关以及P通道及N通道同时暂态开启引起直通电流时，就会浮现动态功耗。
通过以下公式可以估算其近似值：P=Cpd? F? Vcc2其中，Cpd为动态，F为开关频率，Vcc为电源。
上述关系中包含两个第1页共3页。
数字信号处理器的功耗优化研究
数字信号处理器的功耗优化研究数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）是一种专门用于数字信号处理的微处理器。
随着科技的不断发展，DSP在各个领域的应用越来越广泛，从通信系统到音频处理，从图像处理到雷达信号处理，都离不开DSP的支持。
然而，由于DSP的高性能运算需求，功耗问题成为制约其发展的一个重要因素。
因此，如何进行功耗优化研究成为当前DSP领域的热点话题。
首先，我们来了解一下DSP的功耗来源。
DSP的功耗主要来自于运算单元、存储单元和外设接口等部分。
其中，运算单元的功耗占据了绝大部分比例。
因此，降低DSP的功耗，首先要从运算单元着手。
在运算单元方面，功耗优化的研究可以从多个层面展开。
首先，可以通过算法优化来减少功耗。
例如，对于一些复杂的算法，可以通过简化运算过程、减少冗余计算等方式来降低功耗。
其次，可以通过电路设计优化来降低功耗。
例如，采用低功耗的电压比较器、低功耗的加法器等电路设计手段，可以有效降低功耗。
此外，还可以通过时钟频率调节、电压调节等方式来降低功耗。
例如，根据不同的应用场景，可以动态地调整DSP的时钟频率和电压，以达到功耗和性能之间的平衡。
除了运算单元，存储单元也是DSP功耗的重要来源。
存储单元包括指令存储器、数据存储器等。
在功耗优化方面，可以通过存储器的层次结构优化来降低功耗。
例如，采用多级缓存结构、使用低功耗的存储器技术等方式，可以提高存储器的访问效率，从而降低功耗。
此外，还可以通过存储器的动态调整来降低功耗。
例如，根据不同的应用场景，可以动态地调整存储器的大小和带宽，以达到功耗和性能之间的平衡。
此外，外设接口也是DSP功耗的重要来源。
外设接口包括通信接口、时序控制接口等。
在功耗优化方面，可以通过降低外设接口的功耗来降低整个DSP的功耗。
例如，采用低功耗的通信接口、优化时序控制接口等方式，可以有效降低功耗。
此外，还可以通过外设接口的动态调整来降低功耗。
数字信号处理(DSP)应用系统中的低功耗设计
数字信号处理(DSP)应用系统中的低功耗设计随着电池供电系统应用的日趋广泛，许多系统特别是便携式产品都面临低功耗设计的问题，以DSP 为核心的应用系统当然也不例外。
本文就TMS320 系列定点DSP 器件为例，介绍一些行之有效的降低功耗的设计方法。
一、合理选择DSP 器件应根据系统要求来选择合适的DSP 器件。
在典型的DSP 应用系统中，通常其核心是由一片或多片DSP 构成数据处理模块，由于系统运算量大且速度要求高，因此DSP 内部的部件开关状态转换十分频繁，这使得DSP 器件的功耗在应用系统的功耗中占有相当的比例，所以设计人员在进行电路低功耗设计时要熟悉DSP 及其相关产品的情况。
DSP 器件的功耗与该系统的电源电压有关，同一系列的产品，其供电电压也可能不同，如TMS320C2XX 系列中供电电压就有5V 和3.3V 两种，在系统功耗是系统设计首要目标的情况下，应尽可能地选择低电压供电的DSP 器件。
选择3.3V 低电压供电的DSP 除了能减小DSP本身的功耗以降低系统的总功耗外，还可以使外部逻辑电路功耗降低，这对实现系统低功耗有着重要的作用。
DSP 生产厂家也比较注重系统功耗的问题，德州仪器公司（TI）为实现低功耗应用系统而设计了一批新型的DSP 器件，以其中的TMS320C55X 为例，C55X 可以在0.9V 和0.05mW/MIPS 环境下运行，传输速率可达800MIPS，其功耗相当于TI 上一代芯片C54X 功耗的15%左右，非常适合应用于电池供电系统。
此外，TI 公司还充分考虑DSP 电源供电设计的问题，为支持DSP 设计的TPS767D3XX 将两个1-A 线性稳压器和两个上电复位开关封装在一起，它不仅降低组件数量和电路板大小，使系统的成本降低，对于系统降低功耗也有重要的作用。
TPS767D3XX 在全部1-A 输出范围内提供极快的瞬态响应、低压差和几。
基于DSP的便携系统的功耗优化政策
基于DSP的便携系统的功耗优化政策为了帮助数字信号处理器(DSP)开发人员最大化地延长电池使用时间，并促成功率敏感的便携系统，德州仪器(TI)公司推出了TMS320C5509A、TMS320C5507 和TMS320C5503 数字信号处理器。
不过，要确保这种DSP 不消耗任何不必要的功率，就必须了解如何才能将功耗降至最低，以及怎样充分利用将所有暂未使用的外设保持在闲置状态的优势。
例如，高效节能的系统级线路板设计，会要求某些特殊引脚具有良好的终止(termination) 功能，以及令部分外设处于闲置状态，并充分利用DSP 的闲置和省电模式。
通过动态关断未使用的所有外设和内部功能性单元，即可以实现这第一点。
将功耗减至最小，还有助于降低成本、减小发热量和降低器件密度。
若输入引脚处于悬空(float)状态，则悬空引脚的逻辑状态每一次切换时，都将产生额外的I/O 电流消耗。
开发人员可以通过对未使用的引脚和悬空引脚进行控制来节省能量，同时保持最佳功能性。
对于重要的功率敏感应用，闲置或正确地配置未使用的DSP 外设，比如实时时钟(RTC)、A/D 转换器、MMC/SD 卡以及USB，也能够节省能量。
右文给出了有关如何通过中断C5509A、C5507 和C5503 DSP 上未使用的外设引脚来优化功耗的一些指导原则。
建议1.将DSP 设置为待机模式――这是功率优化的关键部分。
为此，开发人员可以启动闲置配置，包括闲置CPU、所有外设、时钟发生器和片上振荡器。
2.通过上拉/下拉方式中断未使用的输入引脚，确保未使用的“输出”引脚没有连接任何阻性负载。
激活EMIF 总线上的总线保持器(bus keeper)，也能够节省能量。
一种降低DSP芯片总线功耗的设计方案
一种降低DSP芯片总线功耗的设计方案
成嵩;王东琳;李立健
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2005(022)010
【摘要】介绍了一种低功耗总线设计方案,在设计方案中提出了一种新的编码算法,并将其与一种低功耗译码器结合来降低总线的功耗.试验中选取了一些常用的DSP 算法,结果证明这种方法可以有效降低DSP处理器中数据总线和地址总线的功耗,平均可达到对数据总线降低21.56%和对地址总线降低40.29%.
【总页数】4页(P74-76,79)
【作者】成嵩;王东琳;李立健
【作者单位】中国科学院,自动化研究所,国家专用集成电路设计工程研究中心,北京,100080;中国科学院,自动化研究所,国家专用集成电路设计工程研究中心,北京,100080;中国科学院,自动化研究所,国家专用集成电路设计工程研究中心,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
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数字信号处理(DSP)应用系统中的低功耗设计
数字信号处理(DSP)应用系统中的低功耗设计
姚鹏飞;刘镇宇;杨林耀
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2001(000)011
【摘要】@@ 随着电池供电系统应用的日趋广泛,许多系统特别是便携式产品都面临低功耗设计的问题,以DSP为核心的应用系统当然也不例外.本文就TMS320系列定点DSP器件为例,介绍一些行之有效的降低功耗的设计方法.
【总页数】2页(P11-12)
【作者】姚鹏飞;刘镇宇;杨林耀
【作者单位】西安电子科技大学;西安电子科技大学;西安电子科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.72
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浅析DSP应用系统中降低功耗的设计办法
摘要：本文就TMS320系列定点DSP器件为例，介绍一些行之有效的降低功耗的设计方法。
关键词：DSP器件DSP运行外围电路
一、合理选择DSP器件
应根据系统要求来选择合适的DSP器件。
在典型的DSP应用系统中，通常其核心是由一片或多片DSP构成数据处理模块，由于系统运算量大且速度要求高，因此DSP内部的部件开关状态转换十分频繁，这使得DSP器件的功耗在应用系统的功耗中占有相当的比例，所以设计人员在进行电路低功耗设计时要熟悉DSP及其相关产品的情况。
DSP器件的功耗与该系统的电源电压有关，同一系列的产品，其供电电压也可能不同，如TMS320C2XX系列中供电电压就有5V 和3.3V两种，在系统功耗是系统设计首要目标的情况下，应尽可能地选择低电压供电的DSP器件。
选择3.3V低电压供电的DSP除了能减小DSP本身的功耗以降低系统的总功耗外，还可以使外部逻辑电路功耗降低，这对实现系统低功耗有着重要的作用。
DSP生产厂家也比较注重系统功耗的问题，德州仪器公司(TI)为实现低功耗应用系统而设计了一批新型的DSP器件，以其中的TMS32OC55X 为例，C55X可以在0.9V和0.05mw/MIPS环境下运行，传输速率可达800MIPS，其功耗相当于T1上一代芯片C54X功耗的15%左右，非常适合应用于电池供电系统。
此外，Tl公司还充分考虑DSP电源供电设计的问题，为支持DSP设计的TPS767D3XX将两个1—A线性稳压器和两个上电复位开关封装在一起，它不仅降低组件数量和电路板大小，使系统的成本降低，对于系统降低功耗也有重要的作用。
TPS767D3xx在全部1—A输出范围内提供极快的瞬态响应、低压差和几乎恒定的低静态电流(典型值为85μA)，压差在IA时的典型值为350mV。
可以说，选择何种器件基本上就决定了系统功耗的大小。
二、让DSP以适当的速度运行
TMS320系列的DSP一般采用CMOS工艺，CMOS电路的静态功耗极小，而其动态功耗的大小与该电路改变逻辑状态的频率和速度密切相关。
TMS320系列应用系统的功耗与工作频率即系统时钟(CLKOUTI)成正比。
在不需要DSP的全部运算能力时，可以适当地降低TMS320的系统时钟频率令DSP适速运行以降低系统功耗。
当时钟频率增加时，电流也相应地增加，执行同样程序代码的时间会相应缩短。
例如，以1.2mA/MHz运行一段500个时钟周期代码，当CLKOUT1为1OMHz时，DSP执行该段代码用时50μs，所需电流为12mA；当CLKOUT1增加到20MHz时，所需电流增加到24mA，执行时间缩短为25μs。
TMS320系列执行一段用户程序所耗能量与器件执行快慢无关，因为该能量仅仅取决于DSP 器件内部逻辑状态转换的数目。
如此看来，似乎DSP的功耗并未降低，那为什么不让DSP全速运行呢?原来，DSP以全速运行完代码后使用IDLE指令，进入
降功耗模式后，仍然是要消耗能量的。
尽管DSP全速运行和适速运行该段代码所耗电能是相同的，但是在前一种情况下，DSP在空闲状态还要消耗能量，而后一种情况，将节省这部分的能量。
因此，在实际应用系统中并不需要DSP的最高古晨MIPS运算能力时，适当降低系统的时钟频率能有效地降低系统功耗。
三、在软件设计中降低功耗
CPU内部执行不同的指令时所消耗的电流是不同的，在软件编程时如果能充分考虑到这一因素，在允许的情况下尽可能多使用低功耗指令，可以降低系统功耗。
TMS320C55X有几种降功耗模式，这些降功耗模式中最常用的是IDLE和IDLE2指令。
IDLE指令将CPU内部操作挂起，但是仍保留内部各部件逻辑的时钟，允许串口等片内外设继续工作。
在使用20MHz的系统时钟时，使用IDLE 指令所需电流的典型值为10mA。
在相同的系统时钟下，执行IDLE2指令只需要3mA的电流;若关闭内部部件的输人时钟时执行IDLE2指令，这时电流值不超过5μA，CPU所消耗的电能将大大降低。
对诸如NOP(空操作)这类简单的指令而言，使用RTP(重复指令)将节省约12mA的电流;但是对MACD(相乘、累加及数据块移动指令)这类比较复杂而且所需电流较大的指令来说，使用重复指令反而会增加大约14mA的电流，达到90mA，这个数值是在所有数据并行处理的时候得到的，这里的并行处理是指MACD的操作数存放在不同的数据块中，对它们进行操作的时候，两块数据将被同时选中。
因此为了降低系统功耗，在软件设计时应尽可能地将所要操作的数据存储在同一个数据块中，比如TMS320C209可将MACD的操作数一同存储在其片内4K的SARAM中。
四、存储器类型对功耗的影响
前文已经提到，在DSP器件按某一算法对数据进行处理时，DSP片内的CPU 将消耗大部分的能量。
但是，数据处理所在的存储环境也就是存储器的类型对系统功耗有着较大的影响。
以TMS320CZXX为例，片内的存储器有单访问RAM(SARAM)，双访问RAM(DARAM)和ROM三种，
TMS320C2O6还有闪速存储器。
DSP应用系统可用片内的SARAM、DARAM、ROM或片外扩展的ROM来存储用户指令代码，由于DARAM仅有256字节的容量，因此在一般情况下它被设置为数据RAM。
在相同的条件下执行一段测试代码，程序在片内的ROM运行要比在SARAM中运行节省10%的能量。
这是因为SARAM不能存储用户代码，断电后程序丢失，它只能将程序从ROM中加载后运行。
在将代码用BLPD(从程序存储器到数据存储器的块移动)、TBLR(表读)和RPT(重复下一条指令)等指令从程序区传送到数据区的过程中要消耗部分能量，而在片内的ROM中运行代码则可节省这部分能量。
执行存放在片内存储器的用户代码所耗能量要比执行存放在片外的存储器低，其原因是程序在片内ROM中运行可省去驱动外部程序存储器接口电路所需要的电流。
五、正确处理外围电路
外围电路包括输人和输出两部分。
从输出部分来看，外部电路的驱动要消耗一部分能量，除在DSP系统中使用的逻辑电路采用CMOS器件外，应尽可能地选用低功耗的外围器件，例如系统的显示部分应选用LCD(液晶显示器)等。
当外部接口中逻辑电路所用的门电路较多时，应使用单片的PAL或ASIC来完成。
从输人部分来看，DSP芯片中未使用的输入引脚应接地或接电源电压，若将这些引脚悬空，在引脚上很容易积累电荷，产生较大的感应电动势，使输入引脚电位处于0与l间的过渡区域。
这时反相器上、下两个场效应管都会导通，使系统功耗大大增加。
六、结束语
综上所述：影响SDP应用系统功耗的因素有很多方面，技术人员以后工作中判断中必须做到具体任何一个实际的应用系统，在达到设计指标的前提下应细致地对硬件、软件进行多方面的优化，从而有效地降低系统功耗。