低功耗系统设计_8867

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1、课程代号D-60低功粘糸统役计—廉理、彖件与眄跖进修考核大纲兵器工程师进修大学2012年8月《低功耗系统设计》进修考核大纲一、课程性质与要求1•课程性质本课程是一门关于电了线路设计的应用专业课。学习冇关低功耗电了系统设计的棊础知识、设计要求与方法。侧重于如何根据工程设计要求，在设计中平衡功耗与性能，设计出满足电气性能指标要求、体积、功耗的综合要求的低功耗电子产品。本课程将主要学习低功耗电子系统设计的基本方法，实践性较强，理论与公式推导不是本课程的重点。2.课程要求本课程使用《低功耗系统设计——原理、器件与电路》一书。该书包括了从低功耗系统设计的一般原则到目前常用的低功耗电子电路的设计方法和要求

2、。全书共10章。通过本课程的学习，要求学员熟悉低功耗系统设计中的一般原则、方法及要求；掌握低功耗系统的构成及常用元器件的特性及使用方法；能够根据产品的设计要求，设计出满足设计要求的电了产品。二、课程具体内容第1章低功耗系统设计的一般原则本章主要掌握以下要点：1.低功耗系统中，哪些因素影响系统功耗；2.哪些因素影响一•般集成电路功耗3.哪些因素影响微控制器的功耗4.哪些因素影响微控制器外围电路的功耗5.电源功耗问题6.通过软件控制系统功耗的一般原则本章的重点与难点：1.影响系统功耗的因素有哪些？在电子系统屮，能最消耗主要来白2个方曲：负载消耗的功率和元器件及电路损耗所消耗的功率。前者指冇用功率，

3、如咅频功率放大器的输出功率；后者是电路附加的功率消耗。低功耗系统是指降低后者的功率，是--种高效率的系统。本课程的重点是学习如何降低电路附加功率损耗的方法。在降低电路附加损耗方面，与电路设计有关的因索有：——数字集成电路的功耗——微处理器的功耗——微控制系统中与微控制相连的外围电路的功耗——供电的效率问题——软件设计对降低功耗的影响1.数字电路的功耗问题数字电路有TTL、CMOS以及它们的派生产品，TTL电路功耗较大，不适合低功耗系统设计。本课程主要讨论COMS电路的功耗问题。关键点：理想情况下，COMS电路在静态时不耗电；COMS电路的功耗主要发生在状态转换以及某些非理想状态。COMS的功率

4、损耗来th开关功耗、短路功耗和冒险功耗。一般情况下，开关功耗最人,越路功耗占总功耗的10%左右，冒险功耗占总功耗的8%〜25%（或更大）。2.微控制器的功耗微控制器的功耗包括静态功耗和动态功耗。动态功耗是数字逻辑状态转换时所消耗的电流。尽管电压和温度也会对功耗产生影响，但是动态功耗主要受时钟频率的影响。控制动态功耗主要是控制时钟速度。静态功耗是在禁止主时钟时消耗的电流。主要由品体管漏电流和电压监视器所用电流组成。静态功耗受电压和温度的影响较大。可从以下方面考虑减少功耗：1）由于系统的构架与所选用的微控制器有很大关系，因此在设计低功耗系统时，微控制器的选择比一般系统更加重要，应将其功耗特性作为重

5、要指标。另外，其外围电路的低功耗特性也应纳入考核范围。2）为了减少门电路转换时间，低功耗微控制器采用低压供电方案。3）高的吋钟频率也会增加门电路的开关功耗，要选择合适的时钟频率或根据系统特点对吋钟频率节进行动态管理。4）总线宽度增加时，总线上累计功耗增加，但较小的总线宽度会增加总线数据交换次数。上述2种情况都增加了系统功耗。设计时应折中考虑。5）接口电路的处理：上拉/下拉电阻、悬空引脚以及接口电平的匹配设计是否正确，会彩响系统的功耗。6）其他影响微控制器功耗的因素有：微控制器的工作模式和微控制器的供电方案。具体情况与微控制器生产厂家的设计有关。1.外围电路的功耗问题•微控制器相连的外围电路主要

6、有：数据存储器、程序存储器、通信接口（RS232C、以太网等）。为了降低上述外围电路的功耗，应以选用低压供电的器件为原则，如选用3.3V的器件。2.电源电路的功耗问题电源的效率在低功耗系统设计屮必须认真考虑。目前，按照电路原理不同，稳压电源有2种类型：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源的效率很低，尤其是大功率电源，效率很难达到50%o有一个例外，就是低压差稳压电源，效率可以做的较高。但输出电流较小，一般在100mA以内。开关稳压电源，亦称DC-DC转换器，具有效率高，升降压灵活的特点。如果设计得当,效率可以做到80%以上。但电路稍复杂，存在一定的电磁磁扰。3.软件设计对功耗的影响如果软件

7、设计不当，可能会带来不必要的硬件功耗。需耍考虑的问题主要有：——编译器的优化往往以提高代码的运行效率为策略，可能忽视硬件的功耗问题——指令排序可能会降低微处理器的功耗第2章低功耗微控制器电路设计本章主要掌握以下要点：1.低功耗微控制器的特点2.使用常用的几种单片机设计低功耗系统本章的重点与难点：1.目询常见的低功耗微控制器及特点除了微控制器的一般特点外，应从以下几个方面掌握低功耗微控制器的性能特点