功率再利用法提高 I/O 效率

功率再利用法提高 I/O 效率

在定制 IC 的开发过程中，控制功耗以使手持式产品中电池工作寿命最长，是一个更需要优先考虑因素。I/O 驱动器的功耗在这一功耗中占有很大的比重，特别是当芯片是 I/O 密集型的，而且还必须向外部存储器或外设传送高速率数据时。Adiabatic Logic 公司的 IP（知识产权）用一个“功率再利用”I/O 单元解决了这一问题，因为这一I/O单元可以将驱动外部线路的总功耗降低 75%。“Adiabatic”这个词表示一个没有损失或增加能量的过程。
　　Adiabatic Logic公司的 IOD（智能输出驱动器）提供了一种处理传输线特性的工具；常规的做法是在传输线路的末端连接它的特性阻抗（一个电阻器），以吸纳能量并避免反射。为了发送一个上升沿信号，你可将传输线的发送端切换至电源电压，这就会在传输线上产生一个同样幅度的阶跃信号。如果传输线远端没有接终端负载，则该信号会被反射回来，经过适当时间之后，返回到发送端并产生 2V （V为传输线电压），这种情况是要避免的。IOD 的输出端是一个三端开关，它将传输线连接到一个已预先充电到0.5V（传输线电压的一半）的电容器，就开始送出一个上升沿信号。传输线未接终端负载；反射波回到发送端，相加产生两倍于传输线电压的电压。此时，发送开关连接到传输线电压上。为传输线和负载的电容充电，并驱动负载本身，就是唯一耗能的两个动作。在下降沿时，就会发生相反的开关动作，先切换到电容器的 0.5V，然后在适合的时候接地。随着电流的反向，能量就返回到电容器。
　　一个基于加/减计数器的延迟锁定环路可设定三端开关的换向时间即计数器监控反射波的传输时间。你使用的硅工艺（即器件速度）与你匹配的最小传输线长度相关。Adiabatic 公司的官员说，对 90 纳米~ 0.13 微米的硅片几何尺寸来说，这一长度相当于电路板上的1~2 厘米的印制线。
　　由于这一技术精确地模拟接有适当终端负载的传输线的影响，因此也可以获得减少 RFI 的好处。作为潜在节能的一个实例，该公司对一个手持式产品进行了测量，发现其单单从处理器至 SDRAM 的一个接口就消耗了 100mW 功率，表明有可能减少 75mW。Adiabatic 公司断定，由于 IOD 的开销小，这一功耗下降很具成本效益。该公司正在将 IOD 作为 IP 推向市场，IMEC 公司(www.imec.be)已经将IOD用于航空航天工艺库中。