低功耗手持多媒體終端硬件平臺(tái)研究[2]

  2 最小單片機(jī)系統(tǒng)（存儲(chǔ)器）

  目前存儲(chǔ)器主要有：SRAM、SDRAM、FRAM、EEPROM、FLASH。由于平臺(tái)常存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，如操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，可以選擇FLASH，如INTEL 28F128L18[3]。28F128L18初始訪問(wèn)時(shí)間是85ns，異步頁(yè)模式為25ns，同步突發(fā)為54MHz，能在讀周期完成后自動(dòng)進(jìn)入功率節(jié)省模式，片選無(wú)效或復(fù)位有效時(shí)進(jìn)入standby模式，電流大約50uA，異步讀電流大約18mA。為了回快應(yīng)用程序的招執(zhí)，配置SDRAM或者SRAM。由于SDRAM比SRAM容量大、價(jià)格便宜，選用SDRAM用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由于系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，大功耗元件除LCD背景光外，就是SDRAM。償和部分陣列刷新的Mobile SDRAM產(chǎn)品對(duì)降低功耗十分重要。如SAMSUNG K4M28163PD-RS1L，自動(dòng)刷新電流85mA，4 bank激活突發(fā)模式為50mA，可使能SDRAM自動(dòng)預(yù)充。這樣在每次突發(fā)讀寫后，該bank進(jìn)入空閑狀態(tài)，電流可降到5.5mA。OMAP1510對(duì)K4M28163PD-RS1L進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)置K4S56163-RR75為全頁(yè)突發(fā)，以減小訪問(wèn)時(shí)間，降低功耗。系統(tǒng)常有一些數(shù)據(jù)量不大的數(shù)據(jù)需要保存，可采用鐵電存儲(chǔ)器，如聲音的音量、LCD的亮度。這些參數(shù)如果保存到FLASH或者EEPROM，功耗會(huì)更大。FLASH需要整塊擦除。RAMTRON的FM24CL16在3V電源100kHz頻率讀寫時(shí)，電流為75uA,standby電流為1uA。ATMEL AT24C16在5V 100kHz讀寫電流分別是0.4mA、2mA，在2.7V時(shí)standby電流為1.6uA。AT24CL16字節(jié)寫入時(shí)間大約10ms，F(xiàn)M24CL16寫入時(shí)間總為線時(shí)間，不需延時(shí)，因而功耗較小。SDRAM與FLASH、SRAM采用不同的接口，在調(diào)試ARM中斷服務(wù)程序時(shí)，由于中斷服務(wù)矢量位于低端地址，調(diào)試時(shí)最好有SRAM映射到0地址處。因此SRAM和FLASH的片選信號(hào)應(yīng)該是可配置的。SRAM可選用Cypress CY62157DV18，典型工作電流10mA，standby電流為2uA。

  3 其它周邊元件

  LCD顯示屏應(yīng)用透射反射型，如SHARP LQ035Q7DB02。反射型LCD在強(qiáng)光條件下有明亮的高對(duì)比度，但在弱光條件下需要更高的亮度。SHARP把反射型LCD與背后點(diǎn)亮透射型LCD技術(shù)相結(jié)合，在強(qiáng)光條件下用作反射型LCD，在弱光條件下用作背后點(diǎn)亮透射型LED時(shí)功耗為350mW。Xilinx CoolRunner-II CPLD使用了快速零功耗技術(shù)。在手持多媒體終端中，圖像采集模塊和聲音采集模塊數(shù)據(jù)量大，因此除靜態(tài)功耗外，還應(yīng)綜合考慮接口電壓高低，即數(shù)據(jù)傳輸引起的動(dòng)態(tài)損耗。

  4 電源產(chǎn)生

  鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電池，可充電的鋰離子電池的額定電壓為3.6V（有的產(chǎn)品為3.7V）。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽(yáng)極材料有關(guān)：陽(yáng)極材料為石墨的4.2V；陽(yáng)極材料為集炭的4.1V。不同陽(yáng)極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽(yáng)極的內(nèi)阻略大。鋰離子電池的放電曲線平坦，終止放電電壓為2.5V～2.75V。在通常的固定頻率DC/DC變換器中，主要有三類功率損失：（1）負(fù)載電流相關(guān)的損失，主要包括MOSFET的導(dǎo)通電阻、二極管正向?qū)▔航?、電感電阻、電容等效串?lián)電阻；（2）開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的損失有MOSFET的輸出電容柵極電容及門驅(qū)動(dòng)損失等；（3）其它固定損失，如MOSFET、二級(jí)管、電容泄漏電流損失。在大負(fù)載電流時(shí)，主要是電流相關(guān)功率損失，在小負(fù)載情況下，主要是頻率相關(guān)功率損失。在負(fù)載電流范圍較寬時(shí)，采用調(diào)頻方式效率更高[9]。文獻(xiàn)[10]討論了在斷續(xù)導(dǎo)通和連接導(dǎo)通模式時(shí)提高效率的控制方法。很DC/DC變換器都能上固定頻率或在輕負(fù)載時(shí)以跳脈沖方式工作。這兩種方式切換可由芯片外部控制（如TI的TPS60110、PINEAR的LTC3440），也可由芯片內(nèi)部自動(dòng)控制，如Philips的TEA1207。如果由芯片管理腳控制，則由ARM控制：ARM處理器控制各個(gè)功能模塊掉電或者空閑，分別測(cè)出功能模塊不同狀態(tài)下的工作電流，并根據(jù)負(fù)載電流值，結(jié)合電源芯片的兩種模式下的效率曲線或者其它電路參數(shù)，選擇高效率的工作方式。

[1]  [2]  [3]