半導(dǎo)體節(jié)能方案攻略

　　對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，節(jié)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）角度開展。

改良工藝

　　在自身設(shè)計改進(jìn)方面，半導(dǎo)體的節(jié)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(dǎo)體的集成度，其實就意味著提升了產(chǎn)品的能效比。Altera公司半導(dǎo)體技術(shù)專家相奇博士介紹，該公司將在2008年底前推出40nm工藝的FPGA產(chǎn)品，相比于標(biāo)準(zhǔn)的45nm制程，40nm產(chǎn)品在速度上提升了10%的同時，還能有效降低10%的功耗，這非常切合現(xiàn)在高速傳輸和更低功耗的FPGA應(yīng)用，比如超過10Gbit/s的高速傳輸應(yīng)用。40nm工藝也更能滿足客戶對功耗、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(dǎo)體對節(jié)能降耗的重要貢獻(xiàn)。電源管理包括硬件和軟件等手段來實現(xiàn)。直接的硬件調(diào)節(jié)主要靠電源管理芯片/功率器件，微控制器/FPGA/ASIC/SoC等通過優(yōu)化軟件來控制和實現(xiàn)。

　　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(jié)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。節(jié)能燈不可調(diào)光是制約節(jié)能燈取代白熾燈的主要原因之一，隨著澳大利亞、北美和歐洲相繼強(qiáng)制推行節(jié)能燈計劃，節(jié)能燈調(diào)光成為新趨勢，據(jù)統(tǒng)計，節(jié)能燈調(diào)光10%可節(jié)電25%左右。

　　針對目前節(jié)能燈普遍無法調(diào)光的現(xiàn)狀，IR公司推出了用于節(jié)能調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器應(yīng)用的IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC。據(jù)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（簡稱CFL）應(yīng)用方案，在一個引腳集成了調(diào)光控制功能，可以與原有方案進(jìn)行直接替換，同時可實現(xiàn)緊湊型熒光燈及線性鎮(zhèn)流器多達(dá)10％的調(diào)光系統(tǒng)性能。整體成本與現(xiàn)有不可調(diào)光方案差距在10%左右。采用半橋式驅(qū)動器的IRS2158D適用于需要調(diào)光性能超過于10%的應(yīng)用，該元件具有全面的保護(hù)功能，如防止燈泡無法點亮、燈絲故障和燈泡報廢保護(hù)，非常適合包括日漸流行的T5燈泡在內(nèi)的薄型燈。

照片2 鎮(zhèn)流器用IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC

　　當(dāng)待機(jī)能耗進(jìn)一步降低時，僅僅靠低功耗的IC和電源管理芯片已經(jīng)不足夠。據(jù)NXP大中華區(qū)多重市場半導(dǎo)體高級產(chǎn)品市場經(jīng)理金宇杰介紹，一些能耗達(dá)到0.3W的家電（例如彩電）可通過低功耗的微控制器（MCU）來控制一些功能的關(guān)閉和開啟，NXP的芯片已經(jīng)應(yīng)用在很多彩電上。

照片3 NXP大中華區(qū)多重市場半導(dǎo)體高級產(chǎn)品市場經(jīng)理金宇杰

　　為了降低FPGA/ASIC及一些大型（SoC）的功耗，也通過功耗管理軟件來實現(xiàn)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(jù)柵的不同的工作狀態(tài)，用軟件來控制背柵電壓：只有在關(guān)鍵處理部分和高速傳輸部分加強(qiáng)電壓；控制其他工作狀態(tài)的電壓，進(jìn)而實現(xiàn)整體功耗的降低。

從自然界采集能源

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

　　據(jù)TI MSP430中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇介紹，憑借MSP430的內(nèi)核、高集成度以及智能外設(shè)，在超低功耗應(yīng)用中已有時日。隨著2008年底推出的CC430技術(shù)平臺，可將MSP430與TI的無線射頻（RF）技術(shù)集成在單芯片上，使其成為了能源采集設(shè)計人員的選擇之一。

照片4 從自然界中采集能源

　　TI介紹了一些無線能源采集應(yīng)用案例：

　　橋梁 TI在與其它公司合作，將能源采集變?yōu)槿藗內(nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。比如，AdaptivEnergy公司已開發(fā)出一個能采集振動產(chǎn)生的能源，來驅(qū)動傳感器并把信息發(fā)送到采集點的模塊。因為駛過橋梁的車輛的振動可以轉(zhuǎn)化能源，可為監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能差而造成的事故，確保安全并降低維護(hù)成本，甚至可以監(jiān)測到異常振動，預(yù)警地震或其它自然災(zāi)害。有朝一日這種振動還可以為橋梁照明供電。

　　辦公室格子間 目前，大多數(shù)辦公室都采用臨時性的格子間，無法實現(xiàn)每個格子的溫度調(diào)節(jié)和照明控制。如果有某種無線傳感器可以通過環(huán)境光線提供的能源運行，并與建筑的 HVAC（高壓交流電）系統(tǒng)對話，控制自己格子間的溫度。這樣就可以實現(xiàn)更加理想的溫度調(diào)節(jié)和照明控制，進(jìn)而實現(xiàn)更高的工作效率。

　　醫(yī)療電子 今天在醫(yī)院看到的插在病人身上的管管線線將不復(fù)存在。未來，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(biāo)，然后把數(shù)據(jù)無線發(fā)送到護(hù)士站或醫(yī)生處。我們還可以設(shè)想，將會出現(xiàn)一種永遠(yuǎn)不需要更換電池的永久性植入式起搏器。

　　汽車電子、手機(jī)、玩具 未來車上的傳感器能通過收集振動或熱量來驅(qū)動，并在故障發(fā)生前發(fā)送診斷信息予以警告；有一天手機(jī)可以靠環(huán)境光線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(jié)語

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