便携式产品低功耗电路综合考虑设计

低成本的塑料封装不能适应高集成度IC的高功率特性要求，这迫使其采用具有热量管理功能的昂贵封装或其它更复杂的冷却系统。

低功率电路的实现方案

IC工业正寻求多种途径来满足低功率系统要求，其中一个途径是将数字器件的工作电压从5V变为3.3V，将模拟器件的电源电压从±15V变为5V单电源。这些改变归功于先进的硅片技术与电路结构。Atmel公司市场部副总裁Katz说，未来数字芯片工作电压的发展趋势将是2.5V、1.8V甚至更低的电压，它们均是0.9V(电池电压的最低极限)的倍数。器件的复杂度、更高的工作频率和器件物理性质将共同促进这一发展趋势，届时亚微米几何尺寸的更小型器件所具有的较薄氧化层将难以承受更高的电源电压。

ASIC厂商为满足低功率系统要求，还会采取在产品中增加3V内核单元和宏的方法。这些产品经过优化能同时工作在3V或5V电源下，并具有相同的性能指标，利用特殊的接口单元，它们仍保留有5V电源接口。据ATT贝尔实验室的Harrington说，影响供电电压快速更新换代的最大障碍在于，现有的大量系统都采用5V电源，这些系统要求产品保留与其它5V(TTL)接口的后向兼容性。

此外，在系统设计中，粗略评估速度，并在可能的情况下适当改变元件的选择，也可以降低功率。

下列方案可供选择：

1. 降低工作电压。当电压从5V降低为3V时功耗将减少60%。

2. 采用智能电源。在系统中增加适当的智能预测、检测，并仅在需要时才对系统供电。许多膝上型电脑及其电源管理就具有这种特殊的机制，只给需要工作的电路加电，并在不必要时降低时钟速率。

3. 采用较低的时钟速率。由于CMOS电路中功率是开关频率的函数，因此较低的时钟速率下器件的功耗也较小。

4. 对输入信号作出限制。在模拟电路(包括A/D转换器)中，限制输入信号的带宽有助于减少对高速电路的要求，如果有可能降低A/D转换器的速率,也能减少功耗。

5. 对I/O进行设置，使它只在工作时消耗功率。但从不工作状态到工作状态的转换需要较长的时间，另外一个副作用是可能产生与输出电路有关的额外漏电流，使输出电压降至电源的一半，并使其它输出电路处于很高的漏电交叉工作区域。

6. 扩大输出范围。对于许多ASIC来说，设计输出电路仅用于驱动一个标准IC。通过重新调整电路使其足以驱动封装和板上的寄生元件，并留出风扇负载的安全余量，这样可以减小输出电路尺寸和功率。

7. 改用其它技术。BiCMOS电路综合了CMOS器件和双极性器件的优点，它是工艺复杂性更高以及成本更高的最佳折衷方案。GaAs器件也能满足较低功耗和较高速度的要求，适用于那些以速度为主要设计目标的高价系统。

半导体制造商正在开发新的设计技术以满足特殊功率要求，同时仍保证电路的性能指标要求。摩托罗拉半导体公司应用工程师Pivot说，最终的目标是电路工作电压小于1V，最后的极限值将取决于决定器件最小尺寸的器件工艺水平。低功率电路仍是人们需要深入调查研究的对象，在提高性能的同时降低功耗将是他们努力实现的目标。

系统设计者必须具备在有限的功率指标下实现更高电路性能的能力，另外还要满足基本的系统性能指标要求、成本目标和上市时间要求。不过，设计者仍需要仔细分析系统中所有部件的功率情况。用于优化功耗设计的新工具和新技术有助于改善设计环境，并使设计者的工作更加轻松。