選用合適DSP元件進行低功率設計的方法與技巧

封裝與功耗

前述所有省電技術都能幫助元件減少產(chǎn)生熱量，封裝則能透過高效率散熱進一步加強它們的效果。傳統(tǒng)的風扇、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插入式模組或汽車應用所能接受的范圍;相形之下，金屬散熱蓋或散熱層雖會增加元件成本，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，由它透過電路板來達成更良好的散熱效果。

選擇適當技術

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壽命。

MP3播放機

由于歌曲下載時間只撞シ派儼糠蕕氖奔洌這類產(chǎn)品的電力多半用于歌曲播放。為了將待機功耗減到最少，它們還會在一段時間后自動關機。MP3播放機必須將音樂即時解壓縮，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?qū)掝l通訊等其它應用，所以最適合使用低功耗DSP。這類元件通常會裼玫吐┑韁瞥蹋因為漏電仍是主要功耗來源。它們還能裼悶德實髡技術，以便根據(jù)歌曲所需的解碼效能來降低元件的時脈頻率。

數(shù)位相機

這類產(chǎn)品有多種操作模式，包括：

(1)自動關機的待機模式;

(2)預視模式(等待拍攝相片);

(3)拍照模式(實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(shù)位相機的螢幕有時會開啟很長的時間，但DSP真正執(zhí)行影像壓縮的時間卻很短。數(shù)位相機在預視模式和拍攝模式都必須執(zhí)行許多即時處理作業(yè)，在預視模式必須不斷顯示最新畫面，在拍攝模式則要盡快完成相片的處理和壓縮，以便繼續(xù)拍攝下一張照片，進而將兩次拍攝之間的延遲時間縮到最短。這種DSP包含多種不同的運算處理單元：

●ARM7核心，負責系統(tǒng)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，即時顯示預視畫面以及數(shù)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(tǒng)功耗：

●多用途的OSD功能;

●彩色液晶螢幕的數(shù)位界面;

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

●多通道10位元數(shù)位類比轉(zhuǎn)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(nèi)建USB 1.1功能控制器。

這類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)時切斷時脈訊號。舉例來說，預視和待機模式可能不需要iMX和VLD/VLC功能方塊，相機未連接至個人電腦時則可將USB界面的電源關掉。

行動電話

標準行動電話有兩種電源模式：

(1)等待電話的待機模式;

(2)實際撥打電話的通話模式。

處于待機模式時，數(shù)據(jù)機功能(在等待電話時)會以低功耗模式操作，應用功能(數(shù)位語音編碼和解碼)的電源則可完全切斷。手機進入通話模式后，數(shù)據(jù)機功能和應用功能就會在功耗較高的模式下操作。低耗電制程已能滿足這類手機的處理需求，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(diào)整技術，以便根據(jù)操作模式的作業(yè)需求來調(diào)整元件功耗。先進手機還增加數(shù)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，行動電話通常會裼貌煌類型處理器所組成的異質(zhì)架構(gòu)，由DSP和各個操作模式專用的硬體加速器來執(zhí)行數(shù)據(jù)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(tǒng)控制功能的RISC處理器。如果某個模式不會用到加速器功能，系統(tǒng)也可切斷它們的電壓或時脈，例如待機模式不需要使用者界面時，可將RISC核心的電源關機。

可攜式應用會視需要袢「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(tǒng)

封包語音(VoIP)或基地臺收發(fā)器等設備所用的無線和有線基礎設施雖屬于「插入式」應用，卻仍須在不同的功耗限制下操作。有些系統(tǒng)會在電源供應和系統(tǒng)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(tǒng)通常必須在室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)故障時繼續(xù)正常操作。每個機架的總功耗都不能超過現(xiàn)有電源供應的供電能力，電源供應會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。隨著半導體元件日益精密，晶片還能提高操作頻率或內(nèi)建多顆DSP處理器來支援更多通道。另一方面，不斷縮小的電路結(jié)構(gòu)卻讓晶片產(chǎn)生更多功耗，因此透過封裝提高散熱效率也變得更重要。由于這些系統(tǒng)必須非常可靠，所以在分析其電源和散熱需求時，應將所有處理器都在最大負載下工作的情況列入考慮。

為了降低滿負載的操作功耗，這類系統(tǒng)多半會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脈域和時脈閘控技術。這些系統(tǒng)不會利用多電壓域技術降低功耗，因其包含大量而密集的處理器，此時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(diào)整有助于節(jié)省功耗，由于功耗會隨著操作電壓的平方而改變，所以這些設計會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，例如與其使用四個在1.2V下操作的300MHz核心，還不如使用6個在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(nèi)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(shù)記憶體又會直接分配給各個核心使用，所以增加核心并不會造成晶片總面積等比例增加，所帶來的低功耗優(yōu)點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滿足其需求，例如基礎設施系統(tǒng)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。事實上，就算同類型的應用都可能有著極為不同的要求，例如不同的可攜式應用必須袢〔煌的電源最佳化技術來滿足各自的操作需求。半導體廠商想要服務各種市場，就必須掌握多種制程、設計和架構(gòu)技術，才能針對目標應用提供最合適的元件。