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行業(yè)資訊
電路設計中的電源管理
現(xiàn)代電子設備一直在各個方面尋求更高的效率。提升設備價值的最重要標準之一是設備消耗的電量。隨著設備制造商朝著環(huán)保綠色計算和清潔能源概念的方向發(fā)展，必須設計出節(jié)能的電路。例如，諸如智能手機之類的獨立電池供電設備，客戶在購買前會探索的關鍵因素之一就是電池壽命。因此，在設計電路設計時進行電源管理對于有效利用可用電源至關重要。
基于電源的電路設計分類
我們幾乎所有的日常電氣和電子設備都是使用電路設計設計的。電路設計通常包括一個微控制器（例如ARM），FPGA，微處理器，ASIC和數(shù)字信號處理器以及存儲器以及輸入和輸出外圍設備?；?/span>電路設計的設備在多任務處理方面非常有效，并且還可以與其他網(wǎng)絡和設備接口。
基于功耗的類型，電路設計分為兩種類型。便攜式和非便攜式。便攜式設備依靠內(nèi)置電池供電。它們可以收費，并且可以隨時隨地使用。便攜式系統(tǒng)的一些示例是數(shù)碼相機，手持GPS系統(tǒng)，移動電話等。由于高度耐用的電荷放電周期，鋰離子電池在最近的設備中是首先選擇。非便攜式設備需要持續(xù)連接到電源。除了不可移植系統(tǒng)之外，便攜式系統(tǒng)是電源管理至關重要的主要關注領域。
功率優(yōu)化需求
電池尺寸和壽命
隨著設備的小型化和納米技術的出現(xiàn)，設備可分配給電池的空間正在減小。預計該設備將有效利用可用的功率和功能，而無需在性能上進行權衡。在設備商業(yè)化期間，電池的使用壽命成為優(yōu)勢。
性能和功率利用率
電路設計是當前技術的癥結所在，因此每天都有更多功能添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中。因此，管理權力變得至關重要。用戶對設備的使用具有不可預測的性質(zhì)，因此，這些設備旨在滿足所有類型的工作負載。
適應綠色技術
未來電子設備的電源很可能會從更環(huán)保的技術（例如太陽能）中獲得。盡管太陽能具有生態(tài)可持續(xù)性，但其功率密度與普通電力相同。在這種情況下，設備在任何情況下均有望高效工作。由于必須將熱量降到底，從而進一步損失了功率。
電源管理技術
電路設計中的電源管理可以使用不同的技術在不同的階段完成。下面給出了可用技術的匯總。
軟件電源管理
軟件電源管理技術適用于設計階段和運行時。在開始電路設計的物理設計之前，需要遵循三個步驟。它們是功率測量，功率分析和功率管理。軟件功耗測量是在各種抽象級別（例如電路，邏輯門，RTL或系統(tǒng)級別）上作為仿真完成的。軟件仿真雖然不提供實時的實際值，但會為設計人員提供一個估算值，基于此，設計人員可以優(yōu)化其設計。
功率分析是一種用于評估功率并驗證系統(tǒng)功耗的實驗和估算技術。利用諸如PowerScope，PSIM之類的軟件對電路設計中各個組件的功耗進行建模。功率測量和分析的結果可以幫助設計人員將功率損耗的位置以及如何使其最小化歸零。這將導致電源管理協(xié)議的實施。
運行時軟件功能優(yōu)化是通過選擇操作系統(tǒng)來完成的。每個操作系統(tǒng)都有不同的計劃和執(zhí)行任務的方法。算法因操作系統(tǒng)而異。因此，設計人員可以自由選擇適合其性能要求的操作系統(tǒng)，同時降低功耗。這種利用操作系統(tǒng)進行電源優(yōu)化的方法稱為基于任務的軟件電源管理。
物理設計期間的電源管理
硬件電源管理分為靜態(tài)電源管理和動態(tài)電源管理兩種。在設計階段完成的電源管理是靜態(tài)電源管理（SPM）技術。它們針對硬件和軟件優(yōu)化。動態(tài)技術使用運行時行為更改來減少系統(tǒng)中的功耗。
靜態(tài)或設計階段電源管理既包括硬件，也包括軟件。硬件優(yōu)化取決于體系結構的變化，電源組件的放置，布線以及提供適當?shù)慕拥?。軟件?yōu)化依賴于在設計時應用的低功耗綜合和編譯。
運行時電源管理
運行時電源管理對于提高系統(tǒng)效率至關重要。運行時技術稱為動態(tài)電源管理技術。最重要的技術是動態(tài)電壓和頻率縮放，低功率狀態(tài)，功率策略。
動態(tài)電壓和頻率縮放
已經(jīng)針對可變電壓和頻率處理器開發(fā)了動態(tài)電壓和頻率縮放技術，其中處理器的頻率和電壓根據(jù)處理器的工作量而動態(tài)變化。在空閑時間期間，動態(tài)降低提供給系統(tǒng)各個組件的電壓，以減少整個系統(tǒng)的功耗。即使電壓發(fā)生變化，也應格外注意時鐘設計以保持計算時間。
低功耗狀態(tài)
兩個主要的低功耗狀態(tài)是掛起/恢復和CPU空閑（休眠）。暫停和恢復狀態(tài)使CPU處于保持狀態(tài)，并停止所有正在進行的進程。此狀態(tài)類似于系統(tǒng)中斷，但其區(qū)別是未使用CPU或?qū)⑵浔３衷谛碌囊阎恢谩?/span>
系統(tǒng)處于空閑或休眠狀態(tài)時，CPU將無任何運行。僅高速緩存有效，CPU執(zhí)行節(jié)電暫停指令，進入NAP模式，該模式消耗的功率小于10mW。CPU也禁用計時器。因此，系統(tǒng)空閑比掛起恢復更節(jié)能。
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