1_第5章 超低功耗硬件电路设计
数字电路低功耗设计
数字电路低功耗设计数字电路是现代电子设备中的重要组成部分，其功耗的控制对于延长设备的续航时间、提高设备性能以及降低散热压力都具有至关重要的意义。
本文将介绍数字电路低功耗设计的相关内容，包括技术原理、优化方法和实践指导。
一、技术原理1.1 时钟频率控制时钟频率是数字电路中最主要的功耗来源之一，通过降低时钟频率可以有效减少功耗。
在设计数字电路时，应合理选择合适的时钟频率，并结合实际需求进行调整。
可以采用动态时钟频率调整技术，根据电路负载情况自适应地调整时钟频率，以实现在不损失性能的前提下降低功耗。
1.2 算法优化在数字电路设计中，算法的优化也是降低功耗的重要手段之一。
通过优化算法、改变数据处理方式等方法，可以减少电路的计算量和数据传输量，从而降低功耗。
例如，可以使用更高效的算法代替传统算法，减少计算步骤和数据冗余，提高电路的运算效率。
1.3 电源管理合理的电源管理对于数字电路的低功耗设计至关重要。
可以采用多电源供电技术，为不同模块提供不同的供电电压和电流，以满足不同模块的功耗需求。
另外，利用睡眠模式和唤醒机制也可以实现电路在不同工作状态下的功耗优化。
二、优化方法2.1 逻辑综合和布局布线优化在数字电路的实际设计过程中，采用合理的逻辑综合和布局布线方法可以达到低功耗的目的。
逻辑综合阶段可以通过综合工具对逻辑电路进行优化，减少门级数目、减少逻辑层次，从而减少功耗。
在布局布线阶段，可以进行电源线与信号线的合理布局，以降低功耗和信号干扰。
2.2 时钟网络优化时钟网络对数字电路的功耗影响明显，因此时钟树的优化也是低功耗设计中的重要环节。
通过对时钟信号的路径和布线进行优化，可以减少时钟延迟和功耗。
此外，还可以采用局部时钟网格布线技术，有效减少时钟传输路径的长度，降低电路的功耗。
2.3 选择合适的存储器存储器在数字电路中占据较大的比例，其功耗也相对较高。
因此，在低功耗设计中选择合适的存储器是非常重要的。
可以选择低功耗的存储器类型，例如低功耗SRAM、快速闪存等，同时合理设计存储器的访问方式和结构，以减少功耗。
低功耗的设计原则健全版
超低功耗电子电路系统设计原则虽然超低功耗设计仍然是在CMOS集成电路(IC)基础上发展起来的，但是因为用户众多，数千种专用或通用超低功耗IC不断涌现，使设计人员不再在传统的CMOS 型IC上下功夫，转而选择新型超低功耗IC，致使近年来产生了多种超低功耗仪表。
电池供电的水表、暖气表和煤气表近几年能够发展起来就是一个证明。
目前，电池供电的单片机则是超低功耗IC的代表。
本文将对超低功耗电路设计原则进行分析，并就怎样设计成超低功耗的产品作一些论述，从而证明了这种电路在电路结构和性价比等方面对传统电路极具竞争力。
1 CMOS集成电路的功耗分析无论是低功耗还是超低功耗IC，主要还是建立在CMOS电路基础上的。
虽然超低功耗IC对单元电路进行了新形式的设计，但作为功耗分析，仍然离不开 CMOS 电路基本原理。
以74系列为代表的TTL集成电路，每门的平均功耗约为10mW；低功耗的TTL集成电路，每门平均功耗只有1mW。
74系列高速 CMOS电路，每门平均功耗约为10μW；而超低功耗CMOS通用小规模IC，整片的静态平均功耗却可低于10μW。
传统的单片机，休眠电流常在 50μA~2mA范围内；而超低功耗的单片机休眠电流可达到1μA以下。
CMOS电路的动态功耗不仅取决于负载，而且就电路内部而言，功耗与电源电压、集成度、输出电平以及工作频率都有密切联系。
因此设计超低功耗电路时不得不对全部元件的内外性质做仔细分析。
CHMOS或CMOS电路的功耗特性一般可以表示为：P=PD+PA式中， P--总功耗PD--静态功耗，PD=VDD·IDD (1)PA--动态功耗，PA=PTC+PC＝VDD·ITC+f·CL·vdd2(2)PTC --瞬时导通功耗PC--输出电容充放电功耗VDD--工作电源电压IDD--静态时由电源流向电路内部的电流ITC--脉冲电流的时间平均值f--输入脉冲重复频率CL--电路输出端的负载电容式(1)为静态功耗表达式。
低功耗、低噪声电源电路设计
摘要本文通过从噪声类型、排除干扰、进行dc-dc电源设计，来研究一个低功耗、低噪声的电源电路。
【关键词】噪声类型低噪声电源 dc-dc电源低功耗电路设计对于影响电源的噪声有以下几种：1 电路板噪声1.1 地环路干扰当电流流过地线时，地线阻抗的存在，就会产生电压。
当电流较大时，电压也很大。
电路具有不平衡性，所有导线电流不同，这样就产生了差模电压，对电路造成影响。
1.2 地环路电磁耦合干扰根据电磁感应定律，在实际电路pcb上，j、n、l、m形成的“地线环路”，将包围一定的面积，而环路所包围的面积中，有变化的磁场存在，在环路中，感生电流产生，形成了干扰。
2 电气噪声2.1 电压调节器电压调节器是普通的功率转换器，主要包含：“开关型、并联型和线性调节器”。
对于线性和并联型调节器，其适用范围有限；其输出电压必须，低于输入电压。
另外，大多数开关调节器的效率，也优于对应的线性，并联型调节器。
由于线性、并联型调节器具有低噪声和简单性优点，相对于开关调节器有很大的吸引力。
2.2 共模噪声在输入或输出端的两条连接线上，共模传导噪声的相位相同。
一般来讲，它能造成影响，是那些和大地通路的固定系统。
在有共模滤波器离线式的电源中，共模噪声的主要产生源是：“mosfet”。
mosfet，是电路的主要耗能元件。
2.3 电场在两个具有不同电位的表面或实体之间，都有电场存在。
因此，我们用一个接地的防护罩，把设备屏蔽起来，限制了设备内部的电场噪声，存在于屏蔽罩内部。
这种屏蔽措施，已被广泛用于“监视器、示波器、开关电源”以及其它具有大幅度“电压摆动”的设备。
2.4 磁场虽然电场，容易控制，但磁场就不同。
把电路封闭起来，可以起到屏蔽的作用，即采用高磁导率的物质，这种方法，实现起来困难。
总而言之，在源头将其减至最小，这是控制磁场散射最好的办法。
2.5 电感器我们选用高磁导率的材料，来降低电感散射，使磁场于磁芯中，不向周围散射。
对于高磁导率介质，能量不能储存很多，这样，常常采用带有气隙的高磁导率磁芯，来缩小电感尺寸。
超低功耗控制电路及程序设计思路
浅谈低功耗控制电路和程序设计思路一：首先了解芯片的内部功耗芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节，其中晶片片制作过程尤为的复杂。
首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的"图样"开发一个手持设备，有一个设计重点问题是必须要重视和解决的。
那就是在待机状态下如何做到最省电，即在待机状态下如何做到尽可能的低功耗，比如用芯唐科技的Cortex-M0内核的NUC100做手持电台的开发，1、首先要了解的就是该芯片在深度休眠或睡眠模式下功耗是多少(即该模式下的工作电流时多大，注一般的芯片都是uA级别的)。
通过查看NUC100芯片资料(在每个芯片手册电气特性或DC电气特性一节会有说明)了解到该芯片的工作最大电流(体积小、低功耗、效率高、低闸极数、指令精简的处理器，8位机价格，32位机效能，C-语言，与Cortex-M3开发工具以及二进制程序代码兼容，便利的开发环境Keil?RVMDK和IAR EWARM,180uLL制程并运用ARM标准单元资源库，低闸极数的空间内，功耗低到85microwatts/MHz以下，NUC1xx系列包括：NUC100/NUC120/NUC130/NUC140,NUC100Cortex?-M0内核系列最高可运行至50MHz外部时钟。
)和深度休眠模式下的最低功耗(最低功耗有Ipwd1,Ipwd2,Ipwd3,Ipwd4,表示NUC100内部的模块工作需要外部提供四个VDD接口，计算功耗时要把他们累加起来，这里给出了每个VDD接口的休眠模式下最低功耗值，当然如果芯片可以关闭某个模块的对应的VDD,那就可以降低更多不必要的功耗了)2、首先要了解的就是该芯片在深度休眠或睡眠模式下功耗是多少。
通过查看NUC100芯片资料了解到该芯片的工作最大电流(即最大功耗)和深度休眠模式下的最低功耗.二：电路供电系统的功耗分析下图是7R手台控制电路(用2个端口做开关机判断处理，按键开关机时波形图(开/关机波形一样))上图的工作原理是这样的：当POWER_KEY按下不，TP1点就持续高电平(下面示波器波形图的下面一个通道的波形图)，由于C1两端电平不能突变，所以C1在POWER_KEY按下瞬间其两端都是高电平(其实C1起到加速作用)，这样三极管Q1的由于基极出现高电平会瞬间导通，然后，TP2点出现低电平，然后C1会通过Q1的基--Q1发射--R1--C1构成一个回路进行放电，注意C2电容的容量相比C1很小，0.1u=100000p,估计C2在此电路的作用就是滤除高频成分的目的。
超低功耗电路的设计原则及设计分析
超低功耗电路的设计原则及设计分析以手机为代表的电池供电电路的兴起,为便携式仪表开创了一个新的纪元。
超低功耗电路系统(包括超低功耗的电源、单片机、放大器、液晶显示屏等)已经对电路设计人员形成了极大的诱惑。
毫无疑问,超低功耗电路设计已经对低功耗电路提出了挑战,并将扩展成为电子电路中的一个重要应用领域。
虽然超低功耗设计仍然是在CMOS集成电路(IC)基础上发展起来的,但是因为用户众多,数千种专用或通用超低功耗IC不断涌现,使设计人员不再在传统的CMOS型IC上下功夫,转而选择新型超低功耗IC,致使近年来产生了多种超低功耗仪表。
电池供电的水表、暖气表和煤气表近几年能够发展起来就是一个证明。
目前,电池供电的单片机则是超低功耗IC的代表。
本文将对超低功耗电路设计原则进行分析,并就怎样设计成超低功耗的产品作一些论述,从而证明了这种电路在电路结构和性价比等方面对传统电路极具竞争力。
1 CMOS集成电路的功耗分析无论是低功耗还是超低功耗IC,主要还是建立在CMOS电路基础上的。
虽然超低功耗IC 对单元电路进行了新形式的设计,但作为功耗分析,仍然离不开CMOS电路基本原理。
以74系列为代表的TTL集成电路,每门的平均功耗约为10mW;低功耗的TTL集成电路,每门平均功耗只有1mW。
74系列高速CMOS电路,每门平均功耗约为10μW;而超低功耗CMOS 通用小规模IC,整片的静态平均功耗却可低于10μW。
传统的单片机,休眠电流常在50μA～2mA范围内;而超低功耗的单片机休眠电流可达到1μA以下。
CMOS电路的动态功耗不仅取决于负载,而且就电路内部而言,功耗与电源电压、集成度、输出电平以及工作频率都有密切联系。
因此设计超低功耗电路时不得不对全部元件的内外性质做仔细分析。
CHMOS或CMOS电路的功耗特性一般可以表示为:P=PD+PA。
低功耗CMOS电路设计与优化
低功耗CMOS电路设计与优化在当今的电子世界中，低功耗设计已成为集成电路发展的关键需求。
从智能手机到物联网设备，从医疗设备到航空航天，几乎所有的电子系统都在追求更低的功耗以延长电池寿命、提高系统稳定性和可靠性。
CMOS（Complementary MetalOxideSemiconductor）电路作为现代集成电路的主流技术，其低功耗设计与优化具有极其重要的意义。
一、低功耗设计的重要性随着电子设备的广泛应用和功能的不断增强，功耗问题日益凸显。
高功耗不仅会导致电池续航时间缩短，增加设备充电的频率，给用户带来不便，还会产生过多的热量，影响芯片的性能和可靠性。
在一些对功耗要求极为苛刻的应用场景，如植入式医疗设备和无线传感器网络中，有限的能源供应使得低功耗设计成为系统能否正常运行的关键因素。
此外，随着集成电路工艺的不断进步，器件尺寸不断缩小，漏电功耗逐渐成为不可忽视的一部分。
因此，降低功耗不仅可以节省能源，还能降低系统的散热成本，提高芯片的集成度和性能。
二、CMOS 电路功耗的来源要实现低功耗 CMOS 电路设计与优化，首先需要了解功耗的来源。
CMOS 电路的功耗主要包括动态功耗和静态功耗两部分。
动态功耗是在电路工作时，由于对负载电容充放电而产生的功耗。
它由开关功耗和短路功耗组成。
开关功耗是由于电容的充放电引起的，与工作频率、电源电压和负载电容大小成正比。
短路功耗则是在输入信号转换期间，PMOS 和 NMOS 管同时导通时产生的瞬间短路电流引起的功耗。
静态功耗主要包括漏电流引起的功耗。
随着工艺尺寸的缩小，亚阈值漏电流和栅极漏电流显著增加，导致静态功耗在总功耗中的比例逐渐上升。
三、低功耗 CMOS 电路设计技术1、电源电压缩放降低电源电压是降低功耗最直接有效的方法之一。
因为动态功耗与电源电压的平方成正比，所以适当降低电源电压可以显著减少动态功耗。
然而，降低电源电压会导致电路性能下降，如延迟增加。
因此，需要在功耗和性能之间进行权衡。
低功耗时钟电路布局设计
低功耗时钟电路布局设计近年来，随着电子设备的发展，人们对功耗的要求越来越高。
在很多应用场景中，低功耗是非常重要的需求。
例如，在一些便携式电子设备中，由于电池容量、电源和温度等因素的限制，低功耗成为了设计时必须考虑的一项内容。
而在电路当中的时钟电路，其功耗也是非常重要的因素。
本文将就低功耗时钟电路的布局设计进行探讨。
一、低功耗时钟电路的基本原理时钟电路是电子设备中经常用到的一种电路。
它可以产生一定频率的信号，用于同步其他电路中的操作。
在低功耗时钟电路中，最重要的考虑因素是降低功耗。
对于时钟电路，由于其需要不断地运行并产生信号，因此功耗会比较大。
为了降低功耗，通常采用以下几种方法：1、减少晶体管开关操作的次数。
通过设计合适的时钟信号形态和时钟频率，可以减少晶体管的开关次数，从而降低功耗。
2、优化时钟信号的形态。
通过优化时钟信号的形态，可以让时钟信号的跳变次数更少，从而降低功耗。
3、选择合适的晶体管的工作状态。
在低功耗时钟电路中，选用恰当的晶体管工作状态也是降低功耗的有效手段。
二、低功耗时钟电路的布局设计低功耗时钟电路的布局设计是非常重要的。
在印刷电路板(PCB)设计时，合理的布局设计可以消除电路噪声并降低功耗。
下面将从以下几个方面来探讨低功耗时钟电路的布局设计。
1、时钟信号的路径优化在低功耗时钟电路中，时钟信号的传输路径也会影响功耗。
为了降低功耗，在设计时需要尽可能地缩短时钟信号的路径，从而减少时钟信号的串扰和延时。
在布局时，需要注意时钟信号跨越晶体管和电容的路径。
可以采用追踪噪声的方式，来寻找时钟信号路径中噪声源并消除其路径。
2、电源线和地线的布局在低功耗电路中，电源线和地线的布局也是非常重要的。
电源线和地线的布局需要避免交叉，从而减少互相干扰，降低电路噪声的影响。
在布局时，需要尽可能将电源线和地线放在一起，同时也要注意时钟电路的特殊性，尽可能缩短时钟信号路径的长度。
3、晶体管的布局晶体管在低功耗时钟电路中扮演着重要的角色。
低功耗电路设计与优化技术研究
低功耗电路设计与优化技术研究随着物联网、智能家居等应用的普及，对于电子设备的功耗要求也越来越高。
低功耗电路设计成为了电子领域的一大热点。
本文将从低功耗电路设计的概念出发，探讨相关优化技术和应用。
一、低功耗电路设计的概念低功耗电路设计是指尽量在低功耗状态下完成电路设计，以达到消耗较少的电力并减少损耗、延长电量、提高性能的目的。
现在人们都高度依赖于电子产品。
过去的电子产品给人们带来了方便，但同时也造成了一系列的消耗，特别是对于电力的消耗。
出现低功耗电路设计的概念是为了应对这一问题。
通过低功耗电路设计，不仅可以降低能源消耗，还可以提高电子产品的性能和延长使用寿命。
低功耗电路设计是一种综合性的技术，需要我们充分把握设计的原则，采用优秀的材料和技术手段来辅助完成。
具体的方法包括了应用低功耗的MOS管、采用低功耗工艺、优化电路设计技术等等。
二、低功耗电路设计的优化技术1. 时钟管理技术在 CPU 等芯片中，时钟是重要的时序信号。
当芯片处于空闲状态时，为了降低功耗，我们可以将时钟降低其频率或关闭它。
同时，在芯片的设计中，我们也可以使用更加高效的时钟管理技术，以达到节能的目的。
2. 电源管理技术电源管理技术是一种将电源作为控制手段来管理电路工作状态的技术。
这种技术可以支持芯片低功耗、高效的运行。
采用低功耗电源管理技术可以极大地提高芯片的寿命，并且减少电源消耗。
3. 电路中取消干扰源摆脱多余干扰源的电路有助于提高电压转换时的效率，降低功耗。
干扰源可能来自光耦合器、电感器、EMC滤波器等。
采用合理的设计方式，例如使用低电流双极性晶体管等组件，可以极大地减少干扰源，并且减小功耗。
4. 降低电容耗散由于电容具有储能的特性，设计中需要考虑有效地控制电容储存能量，降低电容耗散。
在选择电容时可以根据实际情况来选用特定的材质和形状，设计时应严格控制电容的参数、结构和线路连接等，确保其电容补偿效果最佳。
电容耗散是功耗的重要来源。
低功耗电路的实现方法
低功耗电路的实现方法
想象一下，你的电子设备不再像个电老虎，而是变成了乖乖的小绵羊，省电又环保。
那怎么实现低功耗电路呢？首先，得选对芯片啊！就像给汽车选个省油的发动机一样，低功耗芯片能让你的电路从源头上就省点电。
你想想，要是芯片功耗高得吓人，那还怎么谈低功耗呢？然后呢，合理设计电路布局也很关键。
这就好比整理房间，把东西摆放得井井有条，电流才能顺畅地流动，不浪费一点能量。
在实现低功耗电路的过程中，安全性那是绝对不能忽视的。
要是电路不安全，说不定啥时候就“砰”的一声炸了，那可不得了！稳定性也同样重要啊，总不能一会儿有电一会儿没电吧？就像你走路，要是地面一会儿平一会儿坑坑洼洼，那不得摔个大跟头？所以，一定要确保电路的安全性和稳定性。
那低功耗电路都有啥应用场景呢？手机、平板电脑这些移动设备就不用说了吧？要是功耗太高，那电池一会儿就没电了，多烦人啊！还有物联网设备，那些小小的传感器啥的，可不能整天换电池吧？低功耗电路的优势可多了去了。
省电就是最直接的好处啊，能让你的设备续航更久。
而且还环保呢，减少能源消耗。
给你举个实际案例吧。
有个智能手表，采用了低功耗电路设计，电池
续航时间大大延长。
以前一天就得充一次电，现在几天才充一次，多方便啊！这就是低功耗电路的实际应用效果。
低功耗电路真的超棒啊！能让我们的电子设备更省电、更环保、更稳定。
大家都应该试试低功耗电路，让我们的生活更加美好。
低功耗的设计与实现方法22CMOS电路低功耗设计的基本方法和途径
低功耗的设计与实现方法2.2CMOS 电路低功耗设计的基本方法和途径根据2switch L DD P C V f α=⋅⋅⋅，在频率一定的情况下，功耗主要取决于3个因素:工作电压，负载电容以及开关活动性，因此功耗优化主要从以上三方面着手。
2.2.1降低工作电压功耗与工作电压的平方成正比，因此降低工作电压是降低功耗的有力措施。
不需要改变电路的结构降低工作电压就可以取得减少功耗的显著效果，而且降低电压是针对整个芯片，而不是针对某一个单元，因此降低工作电压比减小负载电容和减小活动性更易见效。
但是降低电压并不是无限制的，降低电压必须考虑电路的速度。
图2-3显示了在不同设计阶段降低电压的措施。
图2-3.在不同设计阶段降低电压的措施电压降低时，延时增加，导致电路性能的下降，如图2-4所示。
由于CMOS 器件电流I dd ∝(V dd -V t )2，可得电路延时。
当V dd >>V t ，时降低电压延时呈线性增加，此时可以用改变电路结构等措施来弥补低电压带来的延时增加，但当电压进一步降低到接近阈值电压时，漏电流迅速增大。
为了避免这种情况发生，一般应保证它在0.13V ～0.11V 之间。
图2-4.工作电压对功耗和性能的影响2.2.2降低负载电容动态功耗与负载电容成正比，因此减小负载电容成为降低功耗的另外一个重要途径。
在CMOS 电路中，电容主要由两方面构成:一方面是器件栅电容和节点电容，它们和器件工艺有关;另一方面是连线电容。
值得注意的是，随着工艺的发展，连线电容已经超过器件电容。
为了减小电容，在工艺方面可以选择小的器件，物理设计时减小连线长度。
图2-5显示了在不同设计阶段降低负载电容的措施。
图2-5.在不同设计阶段降低负载电容的措施2.2.3减少开关活动性在CMOS电路中，功耗和开关活动性息息相关。
若信号活动性为0，即使负载电容很大，它也不消耗能量。
开关活动性与数据频率f和开关活动率α有关，f描述单位时间内信号到达节点的次数，而活动率α则描述到达节点时信号的翻转几率。
以单片机为核心的电路低功耗设计
以单片机为核心的电路低功耗设计随着社会的发展，人类对便携式设备、物联网设备、可穿戴设备等的需求大大增加，而这些设备的续航要求也越来越高，必须对其进行低功耗设计。
大部分低功耗设备都以单片机为控制核心，本文分析了电路系统中的功耗模型，并从硬件和固件两个角度分析了单片机电路低功耗设计的方法。
标签：单片机；低功耗；睡眠模式；电源管理一、单片机电路系统功耗低功耗电路是在CMOS集成电路的基础上发展起来的，要分析功耗，应从CMOS集成电路的原理着手。
CMOS电路功耗包含动态功耗和静态功耗。
静态功耗即为电源电压和电流的乘积，在系统电源加大时，对应的电流也会加大；动态功耗包含瞬时导通功耗和电容充放电功耗。
瞬时导通功耗是指电路在信号转换时，P沟道管和N沟道管同时导通而形成一个回路，回路电流产生的功耗。
当电路工作的频率越高，则CMOS管导通频率越高，瞬时导通功耗越高。
系统电压越高，CMOS管导通时的电流越大，瞬时导通功耗也越大。
当电路输出端逻辑电平改变时，输出端电容伴随着充放电过程。
当输出端由逻辑低电平变成逻辑高电平时，系统电源会通过导通的P沟道电阻对输出端电容充电，而当输出端由逻辑高电平变成逻辑低电平时，输出端电容会通过导通的N沟道电阻放电，这种充放电过程会产生功耗，即为电容充放电功耗。
将电容充放电电流与电源电压积分，可计算出电容充放电功耗P。
假如电容大小为C，充放电频率为f，系统电源为VDD，则P=fCVDD2。
由式可知，电容充放电功耗与电路工作频率、电容大小，和系统电压大小都成正比。
二、单片机硬件电路设计方法（一）低功耗单片机选型TI公司MSP430系列单片机在功耗设计上较优良，一般为低功耗设计时的首选单片机；意法半导体公司推出的STM32L4+系列低功耗单片机也有较好的市场反响，其实现超低功耗的同时也追求高性能。
越简单的单片机，其功耗越小，在选型单片机时注意够用就好，譬如单片机ROM和RAM过大时，其能耗也将大大增加，因为每个存储单元都是由CMOS构成，即使不使用，其上也会消耗电能。
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。
低功耗设计论文(5篇)
低功耗设计论文(5篇)低功耗设计论文(5篇)低功耗设计论文范文第1篇关键词:低功耗;SoC;CMOS;功耗估量;The Application of Low-Power Methods in SoC DesignAbstract: SOC design occupies an important position in IC design market. The low-power design is an important part in SoC design process. This paper firstly gives a comprehensive analysis of the composed of CMOS circuit power consumption and the related theory of power estimation, then analyzes the SoC low-power design theory of various design levels in detail.Keywords: low-power,SoC,CMOS,power estimation1引言随着工艺水平的不断进展,集成电路设计已经进入超深亚微米(Deep Sub-Micron,DSM)和纳米的SoC时代,设计规模越来越大,单一SoC芯片的集成度已经达到了上亿门。
在之前的集成电路设计中,设计者首要关怀的芯片性能往往是面积与速度,然后才是功耗。
到了深亚微米阶段,功耗设计在芯片设计中所占的比重开头上升到与面积和速度同等重要的程度,设计人员需从功耗、性能和成本三者之间取得折衷。
据统计数据分析,目前市场上的一些功能强大的微处理器芯片功耗可达100-150 W,平均功耗密度可达50-75 W/cm2。
而芯片上某些热点(hot spots)的功耗更是数倍于这一数值。
功耗问题的重要性在便携式数码产品芯片的设计中显现的尤为突出。
一种低功耗eml驱动电路的制作方法
一种低功耗eml驱动电路的制作方法一、引言低功耗eml驱动电路是一种能够有效降低功耗的电路设计，可以广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍一种制作低功耗eml驱动电路的方法，以帮助读者在实际应用中更好地节能。
二、材料准备制作低功耗eml驱动电路所需的材料有：eml（电磁线圈）、电容器、电阻器、晶体管等。
这些材料可以在电子器件市场或者在线商店购买到。
三、电路设计1. 确定电路功能需求：首先需要确定低功耗eml驱动电路的功能需求，例如驱动电流大小、频率等。
2. 选择合适的元件：根据电路功能需求，选择合适的eml、电容器、电阻器和晶体管等元件。
需要注意的是，选择的元件应具有低功耗、高效率的特点。
3. 进行电路布局：根据电路功能需求和选定的元件，进行电路布局设计。
合理布局可以降低电路的功耗，提高电路的性能。
4. 进行电路连线：根据电路布局设计，进行电路的连线。
在连线过程中，应尽量减少电路的长度，以减小电阻和功耗。
5. 进行电路调试：完成电路连线后，进行电路的调试。
通过仪器测量电路的性能参数，如电流、电压等，以确保电路能够正常工作。
四、电路制作1. 准备电路板：根据电路设计，准备好电路板。
可以选择现成的通用电路板，也可以根据需要定制电路板。
2. 将元件焊接到电路板上：将选取的eml、电容器、电阻器和晶体管等元件焊接到电路板上。
需要注意的是，焊接时要保证焊点的质量和稳定性。
3. 进行电路布线：根据电路设计，进行电路的布线。
在布线过程中，要注意避免元件之间的短路和误连。
4. 进行电路测试：完成电路制作后，进行电路的测试。
通过仪器测量电路的性能参数，如电流、电压等，以确保电路工作正常。
五、电路调试和优化1. 进行电路调试：在电路测试的基础上，进行电路的调试。
通过调整元件的参数，如电容器的容值、电阻器的阻值等，以优化电路的性能。
2. 进行电路优化：根据电路调试的结果，对电路进行优化。
可以通过改变元件的类型、布局和连线方式等，以进一步降低功耗和提高效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
下降。 6)使用温度
7)外形尺寸
结造成失效；环境温度过高时会造成电解液失效或沸腾爆炸。
(1)电池的指标
(2)锌锰电池
图5.1.1 锌锰电池
(3)碱性电池
图5.1.2 碱性电池
(4)纽扣电池
图5.1.3 各种纽扣电池
(5)锂电池
图5.1.4 各种锂电池
(5)锂电池
图5.1.5 锂-亚硫酰氯电池
(5)失调漂移
虽然失调造成的零点偏移可以通过调零电路或 数字计算的方法补偿，但是如果失调电压值在 使用过程中发生改变，仍会带来新的误差。
5.3.2 超低功耗的基本模拟电路单元
(1)低功耗同向放大器 (2)低功耗反向放大器 (3)低功耗I/V变换器
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
(1)低功耗同向放大器
5.1.4 自动升/降压电路
图5.1.12 TPS630系列升降压(Buck/Boost)稳压电路
5.1.4 自动升/降压电路
图5.1.13 HT77系列自动升压稳压电路
5.2 电源管理
5.2.1 5.2.2 5.2.3 电源开关电路 外部电路的电源管理 零功耗电路设计
5.2.1 电源开关电路
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.10 用仪表放大器放大压力传感器信号
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.11 用分立运放构成差动放大器
5.4 功耗的计算与测量
5.4.1 5.4.2 MSP430单片机系统功耗的估算方法 功耗的测量方法
5.4.1 MSP430单片机系统功耗的估算方法
(2)低功耗反向放大器
图5.3.6 用单电源反向放大器放大正/负信号
(3)低功耗I/V变换器
图5.3.7 I/V变换电路 a)I/V变换器 b)I/V变换器用于光强测量
(3)低功耗I/V变换器
图5.3.8 I/V变换器用于互感器测量电路
(4)低功耗仪表放大器(差动放大器)
图5.3.9 仪表放大器的内部结构
(3)避免I/O口漏电流
图5.2.12 I/O口漏电流的产生
5.2.3 零功耗电路设计
图5.2.13 零功耗RS-232电平转换电路
5.3 超低功耗信号调理电路
5.3.1 5.3.2 超低功耗运放选型 超低功耗的基本模拟电路单元
5.3.1 超低功耗运放选型
(1)静态工作电流 (2)工作电压 (3)摆幅 (4)失调电压 (5)失调漂移
(1)静态工作电流
运放的静态工作电流(Supply Current)指的是运放 不接任何负载，且输入信号不变化(直流)时的耗 电，可以理解为运放自身的耗电。
(2)工作电压
运放的电源电压指的是运放正电源管脚与负 电源管脚之间的电压差。其中运放能够正常工 作的电源电压范围称为工作电压(Supply Voltage)。
(3)摆幅
在超低功耗电路中，一般采用电池供电，电压 较低，所以应尽量采用满摆幅(Output Swing)或 轨对轨运放，以获得足够的输出幅度，并提高 电池电压利用能力，延长电池寿命。
(4)失调电压
一般来说，大部分运放的失调电压在数百μV至 几mV的数量级。对于输入电压幅度越小、放大 倍数越高以及精度要求越高的电路应用中，要 求运放的失调电压(Offset Voltage)越小。
(1)使用带有关断功能的器件 (2)用电源开关电路进行电源管理 (3)避免I/O口漏电流
(1)使用带有关断功能的器件
图5.2.9 低功耗RS-232电平转换电路
(2)用电源开关电路进行电源管理
图5.2.10 用晶体管作电源开关
(2)用电源开关电路进行电源管理
图5.2.11 用PMOS管作电源开关
解：
查附录A，CR2032锂电池容量约200mA· h，一节电池的运行时间为
如果一个工作周期中，单片机有若干个不同的工作状态(见图5.4.1右图)，也可以用类似 的方法进行计算：
5.4.2 功耗的测量方法
图5.4.2 用指针式电流表测量平均功耗
5.4.2 功耗的测量方法
图5.4.3 用电容和电压表测量平均功耗
图5.4.1 MSP430单片机系统的工作电流示意图
5.4.1 MSP430单片机系统功耗的估算方法
例5.4.1 某MSP430单片机系统中每1/32s唤醒一次，全速运行2ms，然后
继续休眠，系统中LCD固定功耗3.5μA，电源稳压器件固定功耗2.4μA。计 算一节CR2032纽扣电池能为该系统提供多长时间的电力供应？
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.8 HT7系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.9 TPS797系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.2 超低功耗稳压电路
图5.1.10 SP6200系列低功耗、低压差稳压集成电路
5.1.3 1.5V电池升压电路
图5.1.11 1.5V升压集成电路
(6)镍氢、镍镉电池
图5.1.6 镍镉/镍氢电池
(7)铅酸电池(Pb-Acid Battery)
图5.1.7 各种铅酸电池
5.1.2 超低功耗稳压电路
• 电池的电压会随着使用逐渐下降，直到电 池的终止放电电压为止，宣告电池寿命终 结。新电池与旧电池的电压差别可能达到 30%甚至更多。对于采用电池供电的超低功 耗系统来说，应该能够在电源电压大幅度 降落的情况下正常工作。
先计算测量系统自身耗电：
再计算总耗电：
两者பைடு நூலகம்减，得到被测系统的耗电：
(2)双键电源开关电路
图5.2.5 双键带短路保护的电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.6 带稳压的程序可控电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.7 低成本的程序控制电源开关电路
(3)受程序控制的电源开关电路
图5.2.8 受程序控制的电源开关
5.2.2 外部电路的电源管理
5.4.2 功耗的测量方法
例5.4.2 用一只10000μF电容作为储能电容，测量某超低功耗单片机系统
从电池电压3.6V下降到2.7V过程中的平均耗电电流。测试数据如下： １)断开S2，电容从3.6V下降到2.7V耗时t1=2小时12分35秒(7235s)
２)接通S2，电容从3.6V下降到2.7V耗时t2=9分22秒(562s)
图5.3.1 同向放大器的反馈电阻耗电
(1)低功耗同向放大器
图5.3.2 用单电源同向放大器放大正/负信号
(1)低功耗同向放大器
图5.3.3 单电源同向交流放大器
(2)低功耗反向放大器
图5.3.4 反向放大器的反馈电阻耗电
(2)低功耗反向放大器
图5.3.5 用反向放大器测量系统总电流的原理图
图5.2.1 电子式电源开关
5.2.1 电源开关电路
(1)单键电源开关电路 (2)双键电源开关电路 (3)受程序控制的电源开关电路
(1)单键电源开关电路
图5.2.2 单键电源开关电路
(1)单键电源开关电路
图5.2.3 用MOS管控制大功率负载
(2)双键电源开关电路
图5.2.4 双键带稳压电源开关电路
(1)电池的指标 (2)锌锰电池 (3)碱性电池
(4)纽扣电池 (5)锂电池 (6)镍氢、镍镉电池
(7)铅酸电池(Pb-Acid Battery)
(1)电池的指标
1)标称电压 标称电压指的是单节新电池(电量充足时)的输出电压。
2)放电终止电压 随着电池的使用，其输出电压会逐渐下降，当电压下降 到终止电压时，说明电池耗尽。
3)内阻 电池内作为电解质的电解液并非理想导体，存在一定的电阻称为 电池的内阻。 4)容量 一般用放电电流与放电时间的乘积作为电池容量单位。
5)自放电 随着储存时间，电解质与电极活性材料会逐渐失效，容量逐渐 电池内一般含有液体或凝胶状电解液，环境温度过低时会冻 同种类的电池，尺寸越大所盛放的电解质越多，容量越大。
09HO7
主编
第5章 超低功耗硬件电路设计
5.1 5.2 5.3 超低功耗系统的电源 电源管理 超低功耗信号调理电路
5.4
功耗的计算与测量
5.1 超低功耗系统的电源
5.1.1 5.1.2 5.1.3 常用电池及特性 超低功耗稳压电路 1.5V电池升压电路
5.1.4
自动升/降压电路
5.1.1 常用电池及特性