智能手机的低功率损耗设计

压来保持高电平或通过接地来保持低电平

　　2.3.3 缓冲器的选择

　　缓冲器有很多功能如电平转换、增加驱动能力、数据传输的方向控制等当仅仅基于驱动能力的考虑增加缓冲器时必须慎重考虑因驱动电流过大会导致更多的能量被浪费掉所以应仔细检查芯片的最大输出电流IOH和IOL是否足够驱动下级芯片当可以通过选取合适的前后级芯片时应尽量避免使用缓冲器

　　2.4 电源供给电路

　　由于使用双CPU架构外设很多需要很多种电源仅以主CPU来说就需要1.3V、2.4V和2.8V电压因此需要很多电压变化单元通常有以下几种电压变换方式：线性调节器;DC／DC;LDO（低漏失调节器）其中LDO本质上是一种线性稳压器主要用于压差较小的场合所以将其合并为线性稳压器

　　线性稳压器的特点是电路结构简单所需元件数量少输入和输出压差可以很大但其致命弱点是效率低、功耗高其效率η完全取决于输出电压大小

　　DC／DC电路的特点是效率高、升降压灵活缺点是电路相对复杂纹波噪声干扰较大体积也相对较大价格也比线性稳压高对于升压只能使用DC／DC因此在设计中对于电源纹波噪音要求不严的情况都是使用DC／DC的电压转换器件这样可以有效地节约能量降低智能手机的功耗

　　2.5 LED灯的控制

　　智能手机电路中键盘和LCD背光灯工作时会消耗大量能量例如本文架构中使用的LCD其背光灯电气要求如下：正向电流典型值为15 mA正向电压典型值为14.4 V背光灯消耗功率典型值为216 mW

　　由此可以看出在正常工作时LCD背景LED灯功耗非常大因此在设计中必须降低LED灯的功耗可以通过以下方法：

　　a）在LED灯回路中短接一个小电阻改变阻值用来控制LED灯工作时的电流

　　b）利用人眼的迟滞效应使用PWM（脉宽调制）信号来控制LED灯的开关

　　在主CPU中通过配置寄存器GPCON_U、GPCON_L可以把GPIO20一GPIO23和GPIO2-GPlO5配置成PWM信号输出再配置内部相应的寄存器控制PWM输出信号的频率和占空比作为控制引脚来控制LED背光灯以此来降低LCD背光灯的功耗

　　c）在手机图形界面上提供一个调节背光灯亮度的界面让用户在系统设置的LED灯亮度基础上进一步调节背关灯的亮度这样既增加了手机使用的灵活性又进一步降低了手机的功耗

　　2.6 无线Modem部分的控制

　　如图1所示智能手机的硬件体系结构采用双CPU架构无线Modem作为主CPU的一个外设与主CPU芯片的其他外设相比具有其特殊性例如当智能手机处于睡眠模式时可以直接关闭LCD、摄像机等外设的供电电源而无线Modem不行必须要求无线Modem具有继续等待来电、搜索网络等功能而不能直接将其关闭而对于本文硬件架构中的无线Modem方案其中也拥有一个系统内部运行完整的GSM（全世界移动通信系统）协议和独立的电源管理模块主CPU可以通过UART口和无线Modem进行电源管理协商无线Modem内部的电源管理由自己来控制当无线Modem处于空闲状态时自己能完好地进入和退出待机模式因此在本文的硬件架构的设计上当智能手机开机时给无线Modem加电、关机时对Modem进行断电

　　2.7 软件优化

　　式中：m=Mdiv+8;p=Pdiv+2s=Sdiv;Mdiv、Pdiv和Sdiv可以通过寄存器进行设置

　　因此设计中确定主CPU主频对于整个系统的功耗和性能是一个关键本文在综合考虑系统性能和功耗的基础上设置主CPU主频为204 MHz

3 试验结果和讨论

　　在智能手机的设计中通过不断进行硬件优化和在软件上实现电源的动态管理测量智能手机在空闲模式和睡眠模式下的功率损耗结果如表2所示

　　从表2可以看出经过优化设计智能手机在空闲模式下电流值减小了10.2 mA在睡眠模式下电流值减少了1.5 mA对于无线Modem由于自身含有独立的电源管理模块基本上在3 mA左右变化不大相比未经优化设计智能手机经过优化设计后在睡眠模式下和空闲模式下功率损耗有了显著的降低在相同的电池容量下大大提高了智能手机的待机时间和使用时间因此通过上述方法可以有效地降低智能手机的功耗

　　随着手机技术的发展特别在智能手机设计中低功耗设计会成为一个越来越迫切的问题随着一些新技术的出现并应用于智能手机的设计中例如先进的电源管理芯片、先进的处理器给设计者提供了更大的灵活性可以大大降低智能手机功耗但是作为设计者在进行系统设计和软件编程时必须时时考虑如何降低系统的功耗只有这样设计出的系统才能拥有一个良好的性能得到用户的青睐