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      類型分類:
      科普知識
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      FFC連接器

      基帶芯片低功耗設計及部分接口

      發布日期:2022-04-20 點擊率:45


      語音接口語音前置端口是滿足G712要求的編解碼器,它允許語音有效連接。在發射方向,發話器信號在轉化成PCM I/F前被數字代及濾波,一對差分發話器給電發話器提供差分電流源。在接收方向,信號被解壓與濾波傳給揚聲器,DSP子系統產生蜂鳴信號給蜂鳴器,一對差分輸出驅動信號被提供,語言前置端口控制語音信號放大量及調整數字濾波器率響應。 電源/復位管理與定時產生,這部分小功能塊是降低功耗的主要部分;只讓必須工作的小功能塊工作。程序能實現如下功能;當數字尋功能塊工作在空閑狀態時停止或減慢其數字時鐘;切斷模擬子功能塊的電源當其工作在空閑模式時;在收到子系統復位要求或者看門狗計算器滿時,復位信號發生器產生內部復位信號,時鐘發生器產生基帶子系統的操作時鐘,PCC為ARMT子系統及DSP子系統產生高速時鐘,分別為26MHZ與52MHZ時鐘。功耗降低開關內含讓基帶芯片子系統接通或斷開電源的寄存器。定時產生器產生定時窗口讓基帶芯片子系統與外接天線設備在TDMA幀內動態接通或關斷。為了將聽與呼叫功能塊的功耗最小化;采用慢的時間基準代替快的時鐘基準使功耗降低;TDMA幀巾斷可以被掩飾為了可編程同期。


      公用debug/測試接口該接口允許測試或debug設備連接在同一端口,它為最終目的提供debug工具。根據端口或核選擇器數值,該接口將外部信號與內部端口連接;DAI端口,DSP JTAG串聯端口或者ARM7 JTAG串聯端口。開發工具通過VSD模塊(VLSI串行器模塊)驅動DSP(OAK SDI)與ARM ICEbreaker VSD 模塊將Host信號轉化為JTAG格式,而且容許通過測試端口連接內部資源。在開發芯片,增加debug連接腳,容許通過外接邏輯分析器觀察與實時跟蹤記錄內部信號。

      基帶芯片的低功耗設計貫穿于芯片從規劃、設計到生產的各個環節,每個環節都有相應的低功耗技術。下面介紹幾種在前端設計基帶芯片時所用到的低功耗方法,例如多電壓域、門控時鐘、門控電源和動態電壓頻率調節技術等

      多電壓域技術對于傳統的單電壓數字電路,電路里所有的單元共享電源。而對于多電壓域的低功耗設計,在系統級設計階段就要考慮電壓的影響。在系統中,很多時候并不是所有的模塊都同時工作,如果給處于空閑狀態的模塊也供電的話,就造成了不必要的耗電,使得系統整體功耗過高。所以為了節省系統功耗,通常需要把處于空閑狀態的模塊的電源關掉,使不同模塊之間可以獨立供電,互不影響。系統多電壓域的設計方法恰好解決了這一問題。

      門控時鐘技術芯片系統中功耗的一大部分來源是時鐘網絡所消耗的功耗,動態功耗中近似50%的功耗是時鐘頻率消耗的。為了降低系統功耗,當部分電路模塊進入空閑狀態的時候,將該電路的時鐘關閉,這種方法就叫做門控時鐘(Clock Gating), 門控時鐘技術已經是目前應用非常普遍的低功耗技術了。當電路模塊中的時鐘關閉后,該模塊內的數據的跳變就會被阻止,所以從模塊第一級觸發器到輸出之間的所有邏輯都不再工作,信號不會發生跳變,因此有效地降低了系統功耗。

      門控電源技術漏電流功耗總是隨著CMOS工藝的發展進步而與日俱增,而漏電流功耗的增加為電池供電的便攜式電子產品帶來了挑戰,使電池的供電時間大大縮短,為消費者帶來了不好的體驗。為了降低芯片系統的漏電流功耗,增加一種機制來關閉處于空閑狀態的模塊的電源是非常必要的,這一技術就叫做門控電源技術。 門控電源技術可以選擇性地關閉芯片系統的某些模塊的電源,同時保持其他模塊處于供電狀態。門控電源技術的目的就是通過暫時性的將不需要工作的模塊的電源關掉來減小漏電流功耗。門控電源技術提供了兩種電源模式,一種是睡眠模式,另一種是活躍模式。門控電源的目標就是要找到一個合適的時間和方式對這兩種電源模式進行切換,最大限度地節省功耗,并且將對系統的影響降到最低。要關閉某些模塊的電源可以通過軟件和硬件兩種方式,軟件方面是通過在設備驅動或者操作系統上明確計劃的,而硬件方面是通過設計計時器或者系統電源控制單元來控制的。不管通過哪種方式,在關閉某些模塊的電源時,都要考慮到以下幾個問題:

      可能會節省的漏電流功耗;

      進入或者退出睡眠模式所需要的時間;

      進入或者退出睡眠模式所消耗的功率。

      動態電壓頻率調節技術動態電壓頻率調節技術(Dynamic Voltage Frequency Scaling)是目前使用最為廣泛且有效的低功耗技術之一。該技術可以監測系統的負載,根據系統的性能需求對供電電壓和頻率進行動態控制。當電壓和頻率根據系統負載而被動態控制時,系統的平均功耗就可以顯著降低。這樣,便攜設備的電池使用時長就可以大大增加。動態電壓頻率調節技術根據計算系統負載的方法的不同,可以分為基于軟件的方法和基于硬件的方法。基于軟件的方法主要是根據調用函數的頻率來使用各種算法計算系統負載。基于硬件的方法主要通過采集-一些與系統負載相關的信號、中斷等信息來判斷系統的負載。動態電壓頻率調節技術會根據計算出的系統當前的負載,來預測下一階段內系統所需的性能。


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