低电压/低功耗的可编程片上系统为嵌入式系统提供了灵活的电源管理 嵌入式, 电源

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关键字：可编程   片上系统   FPGA   电源管理  
为什么要关心电源管理？

由于多种因素，电源管理正变得非常重要。对于移动手持嵌入式系统来说，总是存在着在增加电池寿命的同时要提供更多功能的压力。当电池本身无法提高却需要达到此要求时，提供更低功耗更好性能的芯片的压力就落在了芯片供应商的身上。同时为了满足缩短设计周期加速上市的要求，就需要提供更低功耗的灵活的可编程的器件。而且，绿色运动要求减少电池废品，这个要求对于嵌入式系统来说就转化为要进行更少的电池更换。同样，全球的政府法规（例如：能源之星）也要求减小电器设备中的待机电流。下一代嵌入式系统将需要在工作和睡眠模式下都具有极端低的功耗，而且为满足上市时间要求所必需的灵活性和可编程性也同时需要得到提高。

除了更小的电流消耗之外，这里同样也需要更低的系统电压。几年前，最小标准工作电压是3.3伏特。目前，最小标准工作电压是1.8伏特。将这一趋势图表化后，未来器件的最小标准工作电压趋势会延伸至亚伏特范围，这将会成为一个现实。这使得用一个单节的AA或AAA电池来构造基于SoC的设计得以实现（电池的电压寿命大约终止于0.9伏特）。尽管目前一些基于SoC的设计能在1.8伏特下运行，但是更经常的是其模拟性能会在这样低的电压下降低。对于要求良好模拟性能的手持电池供电设计来说，能够在低于1伏特下运行且依旧满足模拟性能要求，可以可以使用一个单节的AA或AAA电池供电。这个对于客户来说就是可以需要更少的电池从而降低成本。

如何实现亚伏特的运行？

当嵌入式SoC器件有一个内置的升压转换器，这个内置的升压转换器可以将输入电压（如0.9伏特输入电压）升至一个更高的系统电压级（如3.3伏特），这时能够实现亚伏特运行。在此模式下，重要的是来自升压转换器的噪声不会影响模拟外围设备的性能。图1显示了一个集成的升压转换器系统级的连接情况，这个集成的升压转换器是来自赛普拉斯半导体的一个PSoC 3可编程片上系统芯片的一部分。

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图1一个外部低电压升至一个内部更高电压的系统级连接情况

具有能够接受亚伏特输入电压的一个集成升压转换器有以下优点：

1. 能够通过一个单节AA或AAA电池来使系统工作
2. 即使使用一个变化的电源电压也能够提供一个最低保证系统电压
3. 能够使用升高的输出电压来运行系统中需要更高电压的其他电路。例如：LCD，传感器电路等。

宽的电源电压范围：

一个从1.8伏特（0.9伏特即可激活升压）横跨至5.5伏特的宽电压范围可以给用户提供最大的灵活性，原因如下：

1. 正如表1所示，对于最常见的电池来说，能够从标准电池电压横跨至其寿命电压的终点
2. 兼容3.3伏特和5伏特的传统系统电压
3. 5.5伏特的上限为来自传统系统的信号轨至轨的测量提供了5伏特以上的宽裕度。