半導體節能方案攻略

　　對于半導體行業(yè)來(lái)說(shuō)，節能降耗的方法很多，就像我們吃食物，可以改良制造工藝（消耗少），也可以進(jìn)行電源管理，（吃得少），還可以從尋找新能源（新食物）角度開(kāi)展。

改良工藝

　　在自身設計改進(jìn)方面，半導體的節能降耗最根本的辦法是提升制程工藝，在功耗不變的前提下，如果能提高半導體的集成度，其實(shí)就意味著(zhù)提升了產(chǎn)品的能效比。Altera公司半導體技術(shù)專(zhuān)家相奇博士介紹，該公司將在2008年底前推出40nm工藝的FPGA產(chǎn)品，相比于標準的45nm制程，40nm產(chǎn)品在速度上提升了10%的同時(shí)，還能有效降低10%的功耗，這非常切合現在高速傳輸和更低功耗的FPGA應用，比如超過(guò)10Gbit/s的高速傳輸應用。40nm工藝也更能滿(mǎn)足客戶(hù)對功耗、性能、面積和成本之間的綜合需求。

照片1 Altera技術(shù)經(jīng)理——相奇博士。

電源管理

　　降低終端產(chǎn)品功耗（電源管理）同樣是半導體對節能降耗的重要貢獻。電源管理包括硬件和軟件等手段來(lái)實(shí)現。直接的硬件調節主要靠電源管理芯片/功率器件，微控制器/FPGA/ASIC/SoC等通過(guò)優(yōu)化軟件來(lái)控制和實(shí)現。

　　在電源管理方面，日常的光源照明是電能消耗重要部分，在節能照明方面取得重大突破的產(chǎn)品同樣可以快速搶占市場(chǎng)。節能燈不可調光是制約節能燈取代白熾燈的主要原因之一，隨著(zhù)澳大利亞、北美和歐洲相繼強制推行節能燈計劃，節能燈調光成為新趨勢，據統計，節能燈調光10%可節電25%左右。

　　針對目前節能燈普遍無(wú)法調光的現狀，IR公司推出了用于節能調光熒光燈鎮流器應用的IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC。據IR高級產(chǎn)品經(jīng)理黃贊介紹，2530D可以提供一種多級和三路緊湊型熒光燈（簡(jiǎn)稱(chēng)CFL）應用方案，在一個(gè)引腳集成了調光控制功能，可以與原有方案進(jìn)行直接替換，同時(shí)可實(shí)現緊湊型熒光燈及線(xiàn)性鎮流器多達10％的調光系統性能。整體成本與現有不可調光方案差距在10%左右。采用半橋式驅動(dòng)器的IRS2158D適用于需要調光性能超過(guò)于10%的應用，該元件具有全面的保護功能，如防止燈泡無(wú)法點(diǎn)亮、燈絲故障和燈泡報廢保護，非常適合包括日漸流行的T5燈泡在內的薄型燈。

照片2 鎮流器用IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC

　　當待機能耗進(jìn)一步降低時(shí)，僅僅靠低功耗的IC和電源管理芯片已經(jīng)不足夠。據NXP大中華區多重市場(chǎng)半導體高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理金宇杰介紹，一些能耗達到0.3W的家電（例如彩電）可通過(guò)低功耗的微控制器（MCU）來(lái)控制一些功能的關(guān)閉和開(kāi)啟，NXP的芯片已經(jīng)應用在很多彩電上。

照片3 NXP大中華區多重市場(chǎng)半導體高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理金宇杰

　　為了降低FPGA/ASIC及一些大型（SoC）的功耗，也通過(guò)功耗管理軟件來(lái)實(shí)現功耗管理。例如Altera在其FPGA產(chǎn)品中集成了可編程功耗管理技術(shù)，根據柵的不同的工作狀態(tài)，用軟件來(lái)控制背柵電壓：只有在關(guān)鍵處理部分和高速傳輸部分加強電壓；控制其他工作狀態(tài)的電壓，進(jìn)而實(shí)現整體功耗的降低。

從自然界采集能源

　　人們正在研制能從光、振動(dòng)乃至體溫中采集能源，并創(chuàng )建無(wú)需電池就能永續運行的產(chǎn)品。如果部分微處理器/微控制器能夠靠環(huán)境能源來(lái)為其供電的話(huà)，這將對我們的環(huán)境有重要而深遠的影響。TI等公司研發(fā)的MCU已將消費類(lèi)電子與工業(yè)應用的電池使用壽命進(jìn)一步延長(cháng)至 10 年、20 年，甚至在某些情況下完全不需要外接電源，例如靠太陽(yáng)能電池板、振動(dòng)能等。

　　據TI MSP430中國區業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇介紹，憑借MSP430的內核、高集成度以及智能外設，在超低功耗應用中已有時(shí)日。隨著(zhù)2008年底推出的CC430技術(shù)平臺，可將MSP430與TI的無(wú)線(xiàn)射頻（RF）技術(shù)集成在單芯片上，使其成為了能源采集設計人員的選擇之一。

照片4 從自然界中采集能源

　　TI介紹了一些無(wú)線(xiàn)能源采集應用案例：

　　橋梁 TI在與其它公司合作，將能源采集變?yōu)槿藗內粘Ｉ畹囊徊糠?。比如，AdaptivEnergy公司已開(kāi)發(fā)出一個(gè)能采集振動(dòng)產(chǎn)生的能源，來(lái)驅動(dòng)傳感器并把信息發(fā)送到采集點(diǎn)的模塊。因為駛過(guò)橋梁的車(chē)輛的振動(dòng)可以轉化能源，可為監測橋梁結構整體性的傳感器供電。這樣有關(guān)橋梁狀況的信息可以及早得到反饋，防止由于結構性能差而造成的事故，確保安全并降低維護成本，甚至可以監測到異常振動(dòng)，預警地震或其它自然災害。有朝一日這種振動(dòng)還可以為橋梁照明供電。

　　辦公室格子間 目前，大多數辦公室都采用臨時(shí)性的格子間，無(wú)法實(shí)現每個(gè)格子的溫度調節和照明控制。如果有某種無(wú)線(xiàn)傳感器可以通過(guò)環(huán)境光線(xiàn)提供的能源運行，并與建筑的 HVAC（高壓交流電）系統對話(huà)，控制自己格子間的溫度。這樣就可以實(shí)現更加理想的溫度調節和照明控制，進(jìn)而實(shí)現更高的工作效率。

　　醫療電子 今天在醫院看到的插在病人身上的管管線(xiàn)線(xiàn)將不復存在。未來(lái)，將有一種貼在皮膚上的傳感器靠人的體溫提供的能量就能測量體溫、血壓、心率、血液含氧量等指標，然后把數據無(wú)線(xiàn)發(fā)送到護士站或醫生處。我們還可以設想，將會(huì )出現一種永遠不需要更換電池的永久性植入式起搏器。

　　汽車(chē)電子、手機、玩具 未來(lái)車(chē)上的傳感器能通過(guò)收集振動(dòng)或熱量來(lái)驅動(dòng)，并在故障發(fā)生前發(fā)送診斷信息予以警告；有一天手機可以靠環(huán)境光線(xiàn)提供的能源給電池充電，不再需要插在插座上充電；孩子們的玩具將不再需要更換電池。

結語(yǔ)

　　實(shí)際上，能源采集是一個(gè)令人振奮的全新領(lǐng)域，存在無(wú)盡的可能性。只要我們共同攜手，能讓整個(gè)領(lǐng)域變得更智能、健康、安全、綠色和樂(lè )趣恒生。