鋰離子電池管理芯片的研究及其低功耗設(shè)計 — 數(shù)模混合電路的低功

③編碼優(yōu)化

常用的二進制編碼中，采用所有空閑的高位作符號擴展位，這將增加耗能的跳變。符號-數(shù)值編碼(如格雷碼等)方法只用最高位代表符號，如果用它來代替二進制編碼，可以減少由于數(shù)據(jù)符號改變而產(chǎn)生的功耗。

2)動態(tài)功耗管理技術(shù)

是系統(tǒng)級功耗優(yōu)化中的一個有效手段。根據(jù)負(fù)載的請求，子系統(tǒng)可以分為工作和空閑模式。在空閑模式下，可以將子系統(tǒng)關(guān)斷，進入低功耗的待機(Standby)

和不消耗能量的睡眠(Sleep)狀態(tài);反之，則將子系統(tǒng)喚醒，進入正常的工作模式。

這種有選擇地關(guān)斷空閑的子系統(tǒng)，降低功耗的效果十分顯著，如在PC系統(tǒng)級功耗管理中，最常見的是將無執(zhí)行任務(wù)的硬盤和顯示器關(guān)斷以節(jié)省功耗。

這種方案的局限性在于，在功耗狀態(tài)切換過程中，通常有延遲，喚醒處于睡眠狀態(tài)的子系統(tǒng)也需要更多的能量。因此，DPM技術(shù)需要解決以下問題：一是何時將子系統(tǒng)關(guān)斷，關(guān)斷多久;二是是否值得關(guān)斷，即恢復(fù)狀態(tài)是否需要更多的能量。這些都是判決策略需要研究的內(nèi)容，目前最常用的方法可分為三種：基于超時(Timeout)的方法、基于預(yù)估算(Predictive)的方法、基于隨機理論(Stochastic)的方法。

和上述改變子系統(tǒng)的功耗狀態(tài)不同，動態(tài)電壓等比例變化(Dynamic Voltage Scaling， DVS)技術(shù)是根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，基于區(qū)間(Interval-based)或基于線程(Thread-based)來預(yù)測系統(tǒng)負(fù)載[33，34]，動態(tài)地改變系統(tǒng)的工作電壓。動態(tài)電壓和頻率等比例變化(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)技術(shù)則是同時改變工作電壓和頻率，獲得最低的系統(tǒng)功耗。

和靜態(tài)低功耗設(shè)計相比，DPM技術(shù)由于要預(yù)測系統(tǒng)和負(fù)載、系統(tǒng)和電源的關(guān)系，動態(tài)地調(diào)整工作狀態(tài)、電壓和頻率，對系統(tǒng)工作狀態(tài)的建模、預(yù)測算法都更復(fù)雜，有更多的工作急待開展，但是可以肯定的是，DPM技術(shù)降低功耗的效果也更顯著。

2寄存器傳輸級

作為綜合(排序和分配)的高層次結(jié)構(gòu)，RTL層次將包含一個控制部分(也稱控制器)和一個操作部分(也稱數(shù)據(jù)通路)，如圖2.1. 3所示。

數(shù)據(jù)通路以寄存器為特征，而控制器是由組合邏輯來實現(xiàn)，因此，RTL級低功耗設(shè)計的對象將是時序和組合邏輯，這可以采用硬件描述語言VHDL和VERILOG來實現(xiàn)。另外，RTL的抽象層次決定了它不可能涉及電源電壓和電容，因此降低功耗的途徑主要是降低開關(guān)活動因子，即減小寄存器和組合邏輯的跳變頻率。

1)操作數(shù)

在RTL層次，操作數(shù)分離(Operand Isolation )是針對組合邏輯最常用的低功耗技術(shù)，其本質(zhì)是在組合邏輯模塊間加入一個鎖存器，當(dāng)鎖存器的使能無效時，寄存器保存值不加以更新，組合路徑被隔斷[36，37]。只有在進行有效運算時，組合邏輯才有耗能的跳變產(chǎn)生，這樣便降低了此模塊的功耗。

操作數(shù)變形(Operand Transformation)有時也稱為數(shù)據(jù)通路的重排序，即是指在不影響邏輯功能的條件下，以翻轉(zhuǎn)頻率最低為策略，對電路單元重新排序來降低功耗的技術(shù)。