選用合適DSP元件進(jìn)行低功率設計的方法與技巧

封裝與功耗

前述所有省電技術(shù)都能幫助元件減少產(chǎn)生熱量，封裝則能透過(guò)高效率散熱進(jìn)一步加強它們的效果。傳統的風(fēng)扇、散熱空間或

散熱片都不適合空間有限的可攜式應用，它們的高度或成本也可能超過(guò)插入式模組或汽車(chē)應用所能接受的范圍;相形之下，金屬散熱蓋或散熱層雖會(huì )增加元件成本，卻能提供更高散熱效率。有些元件還將散熱錫球連接到元件的散熱接地面，由它透過(guò)電路板來(lái)達成更良好的散熱效果。

選擇適當技術(shù)

電池供電型應用

可攜式或掌上型應用最重視電池壽命，但可攜式應用使用電池的方式卻有極大差異?？蓴y式產(chǎn)品有許多不同的操作模式，設計人員必須將這些模式列入考慮才能讓電池享有最長(cháng)壽命。

MP3播放機

由于歌曲下載時(shí)間只撞シ派儼糠蕕氖奔洌這類(lèi)產(chǎn)品的電力多半用于歌曲播放。為了將待機功耗減到最少，它們還會(huì )在一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)機。MP3播放機必須將音樂(lè )即時(shí)解壓縮，避免資料流失造成各種雜音。MP3播放機的效能需求遠小于視訊處理或寬頻通訊等其它應用，所以最適合使用低功耗DSP。這類(lèi)元件通常會(huì )裼玫吐┑韁瞥蹋因為漏電仍是主要功耗來(lái)源。它們還能裼悶德實(shí)髡技術(shù)，以便根據歌曲所需的解碼效能來(lái)降低元件的時(shí)脈頻率。

數位相機

這類(lèi)產(chǎn)品有多種操作模式，包括：

(1)自動(dòng)關(guān)機的待機模式;

(2)預視模式(等待拍攝相片);

(3)拍照模式(實(shí)際拍攝相片以及處理和壓縮影像);

(4)錄影模式(部份相機具備此功能)。

數位相機的螢幕有時(shí)會(huì )開(kāi)啟很長(cháng)的時(shí)間，但DSP真正執行影像壓縮的時(shí)間卻很短。數位相機在預視模式和拍攝模式都必須執行許多即時(shí)處理作業(yè)，在預視模式必須不斷顯示最新畫(huà)面，在拍攝模式則要盡快完成相片的處理和壓縮，以便繼續拍攝下一張照片，進(jìn)而將兩次拍攝之間的延遲時(shí)間縮到最短。這種DSP包含多種不同的運算處理單元：

●ARM7核心，負責系統控制功能和使用者界面;

●TMS320C54x處理器;

●SIMD影像處理引擎(iMX)，提供可程式影像處理功能;

●可變長(cháng)度編碼和解碼(VLC/VLD)協(xié)同處理器，負責影像和視訊的壓縮與解壓縮;

●預視引擎，即時(shí)顯示預視畫(huà)面以及數位變焦。

它還具備很高的功能整合度，可以縮小產(chǎn)品體積和減少系統功耗：

●多用途的OSD功能;

●彩色液晶螢幕的數位界面;

●CompactFlash、SmartMedia、Secure Digital以及Memory Stick記憶卡界面;

●多通道10位元數位類(lèi)比轉換器，負責提供NTSC/PAL復合視訊輸出;

●多通道串列音訊Codec界面(McBSP);

●晶片內建USB 1.1功能控制器。

這類(lèi)裝置可以選定某些很少使用的功能，然后在它們處于閑置狀態(tài)時(shí)切斷時(shí)脈訊號。舉例來(lái)說(shuō)，預視和待機模式可能不需要iMX和VLD/VLC功能方塊，相機未連接至個(gè)人電腦時(shí)則可將USB界面的電源關(guān)掉。

行動(dòng)電話(huà)

標準行動(dòng)電話(huà)有兩種電源模式：

(1)等待電話(huà)的待機模式;

(2)實(shí)際撥打電話(huà)的通話(huà)模式。

處于待機模式時(shí)，數據機功能(在等待電話(huà)時(shí))會(huì )以低功耗模式操作，應用功能(數位語(yǔ)音編碼和解碼)的電源則可完全切斷。手機進(jìn)入通話(huà)模式后，數據機功能和應用功能就會(huì )在功耗較高的模式下操作。低耗電制程已能滿(mǎn)足這類(lèi)手機的處理需求，因此許多產(chǎn)品都裼謎庵種瞥桃越謔〉緦Γ此時(shí)產(chǎn)品凈功耗與每種模式所子玫氖奔溆泄?。藗冞€能使用電壓和頻率調整技術(shù)，以便根據操作模式的作業(yè)需求來(lái)調整元件功耗。先進(jìn)手機還增加數位相機、MP3和錄影功能，所以其操作模式也變得更多。為了支援這些操作模式，行動(dòng)電話(huà)通常會(huì )裼貌煌類(lèi)型處理器所組成的異質(zhì)架構，由DSP和各個(gè)操作模式專(zhuān)用的硬體加速器來(lái)執行數據機和相機等應用所需的訊號處理功能，再由DSP搭配負責使用者界面和系統控制功能的RISC處理器。如果某個(gè)模式不會(huì )用到加速器功能，系統也可切斷它們的電壓或時(shí)脈，例如待機模式不需要使用者界面時(shí)，可將RISC核心的電源關(guān)機。

可攜式應用會(huì )視需要袢「髦質(zhì)〉緙際酰以便將重要操作模式的功耗減到最低。

基礎設施系統

封包語(yǔ)音(VoIP)或基地臺收發(fā)器等設備所用的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)基礎設施雖屬于「插入式」應用，卻仍須在不同的功耗限制下操作。有些系統會(huì )在電源供應和系統散熱能力已經(jīng)固定的機架上，增加新的功能單元或通道容量，這些系統通常必須在室內空調系統故障時(shí)繼續正常操作。每個(gè)機架的總功耗都不能超過(guò)現有電源供應的供電能力，電源供應會(huì )將電源提供給機架上的電路板，每張電路板再將電源分配給電路板上的不同元件。隨著(zhù)半導體元件日益精密，晶片還能提高操作頻率或內建多顆DSP處理器來(lái)支援更多通道。另一方面，不斷縮小的電路結構卻讓晶片產(chǎn)生更多功耗，因此透過(guò)封裝提高散熱效率也變得更重要。由于這些系統必須非?？煽?，所以在分析其電源和散熱需求時(shí)，應將所有處理器都在最大負載下工作的情況列入考慮。

為了降低滿(mǎn)負載的操作功耗，這類(lèi)系統多半會(huì )裼迷誚系偷繆瓜虜僮韉母咝能制程，并且搭配對于任何應用都有幫助的多時(shí)脈域和時(shí)脈閘控技術(shù)。這些系統不會(huì )利用多電壓域技術(shù)降低功耗，因其包含大量而密集的處理器，此時(shí)若裼枚嗟繆褂蚣際躉嵩斐傻緶釩逕杓聘叢有源蠓增加。靜態(tài)電壓調整有助于節省功耗，由于功耗會(huì )隨著(zhù)操作電壓的平方而改變，所以這些設計會(huì )選擇較低的操作電壓。這些元件還能整合更多核心，以彌補某些核心在較低頻率下操作所不足的效能，例如與其使用四個(gè)在1.2V下操作的300MHz核心，還不如使用6個(gè)在1.0 V下操作的200MHz核心，因為兩種解決方案的MHz效能(和通道處理能力)都是1200MHz，但后者功耗卻只有前者的(1.0V/1.2V)2，大約是69%。這些元件的晶片面積大都用于內建記憶體，其中又以資料記憶體為主。由于在特定的通道處理密度下，每顆晶片所需的資料記憶體也是定值，而且其中多數記憶體又會(huì )直接分配給各個(gè)核心使用，所以增加核心并不會(huì )造成晶片總面積等比例增加，所帶來(lái)的低功耗優(yōu)點(diǎn)則足以彌補額外增加的成本。

功耗最佳化必須符合應用需求

不同的DSP應用設備需要不同的策略來(lái)滿(mǎn)足其需求，例如基礎設施系統希望降低最大負載條件下的功耗，可攜式應用則希望將電池的電力消耗減至最少，它們的需求顯然就有極大差異。事實(shí)上，就算同類(lèi)型的應用都可能有著(zhù)極為不同的要求，例如不同的可攜式應用必須袢〔煌的電源最佳化技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足各自的操作需求。半導體廠(chǎng)商想要服務(wù)各種市場(chǎng)，就必須掌握多種制程、設計和架構技術(shù)，才能針對目標應用提供最合適的元件。