利用双处理器延长电池使用寿命

时间：09-21 来源：21IC 点击：

DSP的电源

　　DSP芯片设计人员采用了众多低功耗技术方案，如降低工作电压、将芯片分为多个时钟域等大多数方案都是在后台执行的。系统设计人员不必过多控制这些特性就能获得相关优势。

　　不过，在DSP选择过程中，系统设计人员要对应用的执行方式发挥充分的作用。在选择最佳DSP时，应考虑以下四个重要特性。

　　● 采用大容量片上存储器：在应用一般功耗基础上，每次执行片外存储器调用时都要消耗额外的电源。如果使用外部RAM，就必须为其持续供电，这是一个连续的耗电过程。
　　● 选择能高度控制外设的 DSP，因为这直接有利于进一步降低功耗：数种DSP能在外设处于非工作状态时自动将片上外设关断，或允许系统设计人员手动管理外设状态。不过这种特性在粒度性上有一定局限。
　　● 选择可提供多种待机状态的DSP：选项越多，从长远来看节电性能就越好。
　　● 选择可提供开发软件的 DSP，以专用于优化电源并最小化功耗：所选工具应能轻松缩放芯片的电压与频率，管理电源状　　态，测量并分析功耗，从而评估各种可选的设计方案。

　　MCU的电源

　　优化MCU以实现低功耗工作的最佳起点是采用超低功耗工艺来制造MCU，从而可将晶体管的漏电流锐减至极低的水平。高性能工艺技术会造成DSP的功耗加大，与此相对应，专为降低功耗而优化的半导体工艺则可能限制MCU的峰值处理性能。

　　时钟速度是最显而易见的局限性。例如，TI的MSP430F20xx是低引脚数的MCU系列产品，如图2所示，能够利用其独特的超低功耗振荡器（VLO）技术来实现低至500nA的待机模式电流、最高速度为 16MHz 的优异特性。VLO技术使MSP430F20xx能在超低功耗待机模式下完全自动控制时钟速度，同时无须外接组件就能实现自动唤醒功能，从而使烟雾检测器或家庭温控装置等系统能够在不更换电池的情况就能持续工作 10 年之久。

图2 MSP430F20xx MCU结构图

　　在其实现500nA待机功耗时，还能确保支持所有器件的故障保护安全特性，例如，既能实现超低功耗又能实现可靠性极高的系统的零功耗掉电复位（BOR）功能。在 VLO 推出之前，设计人员不得不采用外部晶振或振荡器电路来实现超低待机功耗。VLO 无须使用外部组件就能减少系统组件数，降低成本，缩小板级空间，而这些都是便携式应用的关键需求。与此形成对比的是，以 TMS320C5506DSP为例，其待机功耗为10μA，是上述技术待机功耗的20倍之多。

　　使用智能外设也是降低功耗的高效的IC设计策略。以前，MCU 外设都是由CPU所执行软件驱动的，尽管这确实能高效工作，但CPU始终需要处于工作状态。通过设计尽可能减少软件服务量的中断驱动型外设，可以让CPU在大多数时间内都处于待机或空闲模式。

　　此外，系统设计人员选择的MCU还应拥有ADC自动输入通道扫描功能、硬件转换开始触发器以及DMA数据传输机制等。这些特性还可将重复性数据采样实现自动化，并最小化CPU的运行时间。

图3 对于MCU的电源效率而言，两个时钟比一个更好

　　MCU 的时钟系统也可在省电方面发挥重大作用。图3显示了单个晶振的双时钟运行情况。对于MCU的电源效率而言，两个时钟比一个更好。

　　MCU 的低功耗外设使用低频辅助时钟（ACLK）。低频、低功耗操作通常使用32kHz的外部振荡器，可支持实时时钟功能性。高速度的数控振荡器（DCO）可作为由CPU和高速外设使用的主系统时钟（MCLK）源。
除通过采用某些外设的低速时钟实现省电之外，TI 的 MSP430MCU还片上集成了超低功耗振荡器（VLO），可作为ACLK的时钟源。在待机功耗操作模式下（LPM3），ACLK 仍保持运行且启用所有中断，这时 MSP430 器件的典型流耗还不足 1μA。

　　此外，DCO 能够在不到 1μs 的时间里进入工作状态并完全稳定下来，且无须中间步骤。这就实现了"即时启动"的高性能处理功能，而不像采用第二个晶振或双速启动那样需要较长的启动时间。这不仅能节省时间，同时还有助于降低功耗。

　　双处理器电源

　　如前所述，诸如加速器、专用通信以及网络外设等的集成功能会导致DSP在执行简单功能时无谓耗费电力。
对某些功能而言，MCU 比DSP更适用，例如，保持实时时钟工作或者管理电池充电程序等。将上述任务交由MCU完成有助于更好地利用DSP的 MIPS 速率预算，这非常重要。

　　双处理器架构的优势非常明显。例如，假定某系统依赖高端处理器来执行监管任务，那么电池使用寿命可能只有几天的时间。具体地说，典型的NiMH AA电池的额定电量为2500mAh。如果平均电流仅为1mA，那么耗完AA电池的电量需要119天。如果将平均电流提高到10mA，则电池只能工作12天就没电了。

　　通过采用双处理器系统，可通过以下系统或监管功能实现电源优化：保持实时时钟；供电排序；电源监控与复位；键区或人机接口管理；电池管理；显示管理。

　　在描述MCU低功耗技术时，已经探讨了实时时钟功能。将上述原理作简单的扩展发挥，便可用MCU来为DSP提供时钟。

　　

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