锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计 — 模拟电路的低功耗设计方法

① 控制信号的设置。由于可以采用内部数字信号，因此需要决定是否关断电路、何时关断、关断多久，即动态功耗管理策略将是研究的重点和难点。如何将数字电路的 低功耗设计方法扩展到整个混合信号系统中，这方面文献报道较鲜见。而且，所增加的控制信号产生电路会有额外的功耗，而且其输出不能够影响电路的正常工作， 这些在设计时都需要考虑。

②开关电路的实现。开关电路可以切断电源到模拟模块，或者从模拟模块到地的电流通路。开关电路的形式有多种，在 数字电路中，可以在输入端加入锁存器，来产生使能信号；而在模拟电路中，提出了所谓系统级的电流控制方法，即设计一个系统级的电流源，在系统启动时工作， 将由它产生的电流源/沉配送给系统中的分布式电流源/沉，然后再进一步再生和扩展成为模拟电路所需要的电流源/沉。数字电路控制信号通过控制分布式电流源 /沉的开关状态，来控制模拟电路的工作与否。这种系统级电流使能控制电路，不仅增加了电路设计的复杂度和难度，还给数字控制电路提出了更高的要求，仅仅适 用于多种功耗模式的管理系统。

如果采用单个MOS管充当简单的开关电路，它可以作为一个电流势垒，由数字电路控制来控制模拟电路进入不工作的状态。并且，开关管是在原有模拟电路加上的，能节省附加电路所引起的功耗，因此对于功耗模式较少的系统，单MOS控制管则是一种简便有效的方法。

总之，在数模混合电路中，在将数字电路和模拟电路分别进行低功耗设计的前提下，再根据负载、电源等，由内部数字电路产生控制信号，灵活地关断不工作的模拟电路模块，将有效地节省混合信号系统功耗。

2.4小结本章对数模混合电路低功耗所涉及的方法进行了讨论和研究。

在 传统的低功耗设计中，均将数字电路和模拟电路分别考虑。从数字电路中基本的功耗方程出发，总结了影响电路功耗的四个主要因素；从电路设计的角度，重点讨论 了系统结构级、寄存器传输级、逻辑/门级、版图级的数字电路低功耗设计方法。对模拟电路实现低功耗的基本限制条件作了讨论；分析了设计时所遇到的实际限制 条件，并进行了数学推导，给出了噪声决定的功耗和精度决定的功耗表达式；总结了四种低压低功耗模拟电路方法，并对亚阈值电路和电流模式电路中，与噪声和精 度相关的功耗进行了数学描述，分析比较了四种方案的适用性。

提出了将数字电路和模拟电路协同考虑的数模混合电路低功耗拓朴；提出了在按传统方法对两部分分别进行功耗优化后，再将数字电路的动态功耗管理技术推广到整个混合信号系统，控制关断不需要工作的模拟电路模块；并对控制信号产生电路和开关电路作了分析讨论。

本章是以下各章研究的理论基础。