低功耗设计论文范文精选

1硬件设计

结合数据处理接口模块的需求，系统的复位源设计有3个，分别是软件复位、手动复位和上下电复位。其中软件复位由使用数据处理接口模块的主机发出，手动复位由维护人员通过地面测试设备发出，上下电复位通过5V电源监控芯片MAX791实现。软件复位和手动复位通过二极管线与的方式接入MAX791的MR端。系统在以下4种情况时会产生复位：1）上电复位：上电过程中，当VCC＞4．65V时，复位信号保持200ms有效后变高；2）下电复位：下电过程中，当VCC＜4．65V时，复位信号一直有效；3）软件复位：由主机中的CPU发出，当底板总线信号XRE-SET＃有效时间＞25μs时，产生复位，XRESET＃无效后复位信号保持200ms有效；4）手动复位：由地面测试设备发出，当底板总线信号TS＿RE-SET＃有效时间＞25μs时，产生复位，TS＿RESET＃无效后复位信号保持200ms有效。利用MAX791的看门狗功能，还可以对板上DSP的工作状态进行监控，一旦出现软件跑飞等情况，看门狗狗叫会导致DSP的NMI中断发生，并且上报给主机GO／NOGO＃信号有效。

2软件设计

数据处理接口模块的软件主要由硬件初始化、自测试程序、周期数据收发和命令响应四大功能组成。其中周期数据的收发包含消息层和数据层两个层次。消息层负责命令的辨识和数据的组织搬运，数据层负责协议的执行和发送接收等底层任务。数据层基本数据帧的格式见图4所示。这里的同步字、数据长度、校验方式由主机在初始化时确定。其中校验方式可选择两种，若采用和校验，则检验位占用1字节；若使用CRC校验，校验位占2字节。在周期数据收发的数据层中，RS422链路分为测控链路和任务链路两部分。测控链路用于检测设备的连通性和硬件的正确性，任务链路用于任务系统之间的通信。因此，将用于测控通信的链路设计为无链接协议链路，将用于任务通信的链路设计为有链接协议链路。有链接协议的任务链路的状态转移图见图5所示。任务链路的工作原理是：上电后首先进行通信测试，主端首先发送LTST，若从端回复ALTST为正常，测试完成后，转入空闲工作状态；空闲状态时主从定期进行握手操作，当主机存在发送命令时，转入消息发送状态，当从端发来数据帧前导码LHDR时主端转入消息接收状态；消息发送完成后会进行发送检查，如果从接收无误会发来ACK握手信号，当出现超时或从发来NACK信号时进行重新发送状态，重试超过门限进入通信测试状态；消息接收状态时若消息正确则进入空闲状态，若接收超时或消息错误时发送NACK通知主端重新发送，当错误次数超门限时进入通信测试状态。

3低功耗设计

简易无人机携带燃料有限，而实际任务中往往又要求其尽可能长时间的滞空，这就要求各类设备尽可能地以较小的功耗完成较多的功能。因此本文从硬件软件等不同层面设计来降低模块的功耗。降低功耗总的来说有关闭无用功能、减少无用操作和合理器件选型三个方法。在不使用DSP内部的AD、eCAN、SCI等资源时，可将对应的资源的时钟HSPCLK和LSPCLK关闭，同时不使能这些资源，以达到降低功耗的目的。作为降压型线性电源，TPS74401芯片的耗散功率PD＝（VIN－VOUT）×IOUT，即电源的转换效率取决于输入输出电压差的大小，因此在电源转换电路的设计上应在满足电源芯片的最小dropoutvoltage的情况下尽量减小LDO器件输入输出电压差，可提高转换效率减少发热功耗，本文中1．8V电源由最接近1．8V电压的3．3V电源转换而来。为保持较好的信号完整性，模块上的印制板走线阻抗均按照单端50Ω差分100Ω控制。在RS422的发送端和接收端进行阻抗匹配以优化信号质量。在发送端使用33Ω串联匹配方式，接收端采用120Ω并联匹配方式，由于正常工作时差分电平约±5V，为降低直流功耗在并联匹配电阻处串接一10pF电容，这样既满足瞬态的信号完整性要求，也可在稳态时达到隔离直流，减小匹配电阻上直流功耗的目的。详见图6所示。在软件设计方面，采用定时查询和中断接收相结合的方式，减少DSP对外设的多余操作，避免不必要的轮询操作所产生的功率消耗。本文介绍的串行数据接口板在今后的改进设计中，可以注意合理的器件选型，以达到降低功耗的目的。例如：现设计中1．8V电源转换效率为54％，今后可结合实际电流消耗状况选用合适的开关电源代替线性电源［4］，并使开关电源工作在中等或较重负载状态，可提高电源效率至80％左右；现有设计中CPLD动态功耗约为0．7W，由于该模块中逻辑占用资源并不多，因此后期可考虑用更小功耗的中小规模可编程逻辑器件替换。目前现有设计中未考虑模块的睡眠唤醒功能，今后可结合主机实际的需求，添加相应功能的电路，以降低待机功耗。

4结束语

在今后的研究中可以进一步优化硬件设计，选用低功耗、小体积、高密度的器件，提高系统集成度，以适应航空技术发展对航电设备提出的小体积、低功耗、轻重量的要求。

摘要:SOC芯片设计在集成电路设计中占据重要位置,低功耗设计是SoC设计过程中的重要环节。本文首先全面分析了CMOS电路的功耗组成和功耗估计的相关理论,随后从各个设计层次详细分析了SOC芯片低功耗设计的理论及其实现方法。

关键词:低功耗;SoC;CMOS;功耗估计;

The Application of Low-Power Methods in SoC Design

Abstract: SOC design occupies an important position in IC design market. The low-power design is an important part in SoC design process. This paper firstly gives a comprehensive analysis of the composed of CMOS circuit power consumption and the related theory of power estimation, then analyzes the SoC low-power design theory of various design levels in detail.

Keywords: low-power,SoC,CMOS,power estimation

1引言

随着工艺水平的不断发展,集成电路设计已经进入超深亚微米(Deep Sub-Micron,DSM)和纳米的SoC时代,设计规模越来越大,单一SoC芯片的集成度已经达到了上亿门。在之前的集成电路设计中,设计者首要关心的芯片性能往往是面积与速度,然后才是功耗。到了深亚微米阶段,功耗设计在芯片设计中所占的比重开始上升到与面积和速度同等重要的程度,设计人员需从功耗、性能和成本三者之间取得折衷。据统计数据分析,目前市场上的一些功能强大的微处理器芯片功耗可达100-150 W,平均功耗密度可达50-75 W/cm2。而芯片上某些热点(hot spots)的功耗更是数倍于这一数值。功耗问题的重要性在便携式数码产品芯片的设计中显现的尤为突出。便携式产品要求重量轻、电池续航时间长,而电池技术发展不能跟上这一要求,这就间接使芯片的低功耗设计面临更严峻的挑战。

2集成电路功耗组成

在嵌入式系统的设计中，单片机系统的应用越来越广泛，本文从单片机系统的低功耗概念角度出发，阐述了单片机系统低功耗设计的理论依据，分析了降低能耗的主要措施，然后从硬件和软件两个角度，对单片机系统的低功耗设计思路和要点进行了详细阐述，供同行业者参考。

一、引言

当前，随着我国电子计算机和半导体技术的发展，基于单片机系统的集成电子产品进入了大规模的产业化生产阶段，人们日常生活中，也越来越多的使用集成化的单片机系统产品。与此同时，人们对单片机系统的低功耗要求也逐渐被设计者重视，究其原因，主要有以下点：人们对单片机系统低功耗的要求与当今社会节约能源资源，提高能源资源利用率的主题相吻合；采用低功耗设计的单片机系统，其使用寿命更长，大大减少能源资源的浪费，有利于环境保护；低功耗系统单片机的市场竞争能力更强，更容易受到人们的青睐，经济效益可观。目前，我国正在大力实施科技技术创新，单片机系统的低功耗设计也越来越受到人们的重视，低功耗设计理念得到了大力推广与应用。本文从理论和实践两个角度出发，对单片机系统低功耗设计做出了详细的阐述，以供同行业者参考。

二、单片机低功耗系统的概念和理论依据

（一）低功耗单片机系统的概念：所谓的单片机低功耗系统是指以单片机系统的能量消耗为主要的技术指标，考察不同单片机系统在单位时间内所消耗的能量，以此作为衡量单片机系统的性能优劣。

（二）理论根据：在集成电路中，常用的两种逻辑电路类型分别是TIL电路和CMOS电路。不论设计者采用何种电路，只要电路中有电路流过，即会产生电路功耗。对一般的集成电路来说，电路功耗分为静态功耗和动态功耗，静态功耗是当电路状态未发生翻转时的电路功耗。动态功耗是当电路状态值发生翻转时所产生的功耗，TTL电路和CMOS电路的根本差异在于由于构成二者电路的器件本质不同，它们的动态和静态功耗有很大不同。具体来说，CMOS电路为电压控制型，在静态时其功耗为电路泄露电流，而且只在动态时才出现功耗，一般为10μW，而TIL电路的的功耗在动态时可以达到10mW，此外，CMOS电路的工作电压范围宽，可以在3～18V电压范围内正常工作，而TTL电路的工作电压固定为5V。

CMOS电路的功耗可以由由下式描述：

总功耗：P=PD+PA

【摘要】该超低功耗倾角测量仪以TI公司的低功耗单片机MSP430G2553为控制核心，利用高精度三轴加速度传感器MMA8452测量倾角，使用低功耗段码液晶显示结果。充电装置采用TI公司的TPS61040芯片和TPS61070芯片构成两级BOOST升压电路为电容充电。主系统供电采用TI公司的TPS54331芯片构成BUCK降压电路，在轻载条件下仍具有较高电源效率。为进一步实现系统的低功耗运行，每次测量后，测量仪进入低功耗待机模式，液晶屏可保持显示上次的测量结果。该仪器实现了角度测量误差在±0.7度以内，重力加速度测量误差在±2%以内的精度。在使用2200uF电容为仪器供电时，可工作3分钟；使用100uF电容供电时工作时间可达20秒。

【关键词】倾角测量仪；MSP430；加速度传感器；低功耗

1.引言

本超低功耗倾角测量仪的设计中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度传感器，实现了超低功耗高精度角度测量仪的制作。首先，我们使用MSP430单片机，此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等优点，而且具有超低功耗和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA左右，当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗和控制运算的需求。在实际使用中，我们让它工作在2.5V，省电模式下RAM数据保持在低功耗模式，消耗电流仅0.1μA。其次，设计中还使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST升压电路，相对于反激式升压电路相比，该方案不但效率高，而且有利于降低电源损耗。在选择降压电路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当25V将至2.5V时普通的线性降压芯片效率只有10%，但是这块芯片在轻载情况下效率也可达到30%以上，而且功耗低。此次设计中，主要使用TI的芯片，性能很好，对制作的实现起到了促进作用。

2.方案设计与论证

本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量，并保证精度达到±1度以内，用2200uF电容供电，在工作情况下能持续工作60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。

2.1 控制系统的比较与选择

方案一：采用DSP，具有高精度，运算速度快的优点，但DSP功耗高，不满足本设计低功耗要求。

【摘要】：本文通过从民用建筑电气设计的角度对节能的重要性展开讨论，并且提出了几种在民用建筑电气设计中切实可行而又十分有效的节能措施。

【关键词】：民用建筑电气；节能；节能灯；功率损耗

中图分类号： TU201.5 文献标识码： A 文章编号：

一.引言

我国尽管是一个能源消耗大国，能源需求十分紧缺，但在这种情况下能源浪费的现象仍然十分严重。近年来电能作为二次能源的供需矛盾表现的越来越突出，能源紧缺已经严重的制约我国经济的发展。一直以来节能问题就是我国国民经济发展的一项长远方针，如何节约电能自然的就成为了每个建筑电气设计人员需要认真考虑的难题。本文就民用建筑电气设计中所采用的几项节能措施来进行探讨。

二.供配电系统的节能设计

依据负荷容量、供电的距离和分布以及用电设备的特点等因素来合理的设计供配电系统，尽量做到系统的简单可靠，操作使用方便。变配电所应该尽可能的接近负荷中心，从而缩短配电的半径进而减少产生线路的损耗。合理的选择变压器的台数以及容量，进而能够适应因为季节性导致负荷变化，可以实现灵活的投切变压器，最终达到经济运行而且减少因轻载运行带来不必要电能损耗的目标。

三.变压器的节能设计

摘 要 本文介绍了目前电能损耗出现的主要原因，分析总结了目前使用的分配方法，并对输配系统降低电能损耗提出了相应建议。

关键词 输配电；电能损耗；分配方法

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0099-01

当今世界，电力工业的改革使传统垄断的电力行业向开放化、竞争化转变。开放、公平的输电网络是电力市场公平竞争的必要条件。输配电系统在正常运行的同时，输电产生的电能损耗占到整个输电量的5%-10%，配电量的电能损耗更是达到一定规模。在公平竞争的电力市场环境下，需要将这些电能损耗公平的分配给所有的输配电网的用户。而如何公正合理的分配，在近年来引起了国内外学者的广泛关注，成为电力市场研究的热点。

1 输配电系统电能损耗的产生原因分析

输配电系统的电能损耗是指输电系统和配电系统运行过程中产生的网络损耗电量的总称。电能损耗的种类主要有技术损耗和管理损耗两部分组成。管理损耗量不好估计，是有输配电企业的人为或管理因素造成的，需要通过完善管理体制较少损耗。本文探讨的主要指技术损耗，输配电系统的电能技术损耗主要包括输电线路的损耗和变压器的损耗，根据损耗是否变动，又可以分为由于线路和变压器串联阻抗产生的变动损耗和与电压有关的固定损耗。

1.1 线路功率损耗

电力线路的电能损耗为相应的功率损耗与时间的乘积，线路的功率损耗与输电电路的有功功率的平方、无功功率的平方，线路线阻和输电电压有关。其中，有功功率和无功功率的平方和越大，线路线阻越大，功率损耗越大，输电电压越高，功率损耗越小。具体关系可以用以下公式表示：

摘要：文章介绍低功耗设计的方法，着重介绍CPF相关低功耗设计特点。最后总结针对CPF低功耗设计的等价性验证方法，重点讨论隔离单元的验证。

关键词：低功耗设计；等价性验证；隔离单元；CPF

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)27-6615-05

Logic Equivalence Check Strategy of Low-power Design

QIN Ling

(Micro-electronics School, Xidian University, Xi’an 710071, China)

Abstract: This paper introduces some implementation strategies for low-power designs, especially the significance of correlative CPF low power design strategy. Finally summarize the logic equivalence check method and emphasize the check method of isola? tion cell.

Key words: low-power design; logic equivalence check; isolation cell; CPF

[摘 要]注聚用电单耗是指注聚系统设备每注入1立方米聚合物母液所消耗的用电量。经调查，目前国内还没有开展注聚节点单耗测试，也没有相关标准，因此，注聚节点单耗测试的分析研究对于注聚耗能节能工作意义重大。通过开展注聚节点单耗测试，确定注聚系统设备各个节点的标准单耗，从而优化运行参数，达到降低注聚用电单耗的目的。

[关键词]注聚站；设备节点；单耗测试；测算方法

中图分类号：TU111.2+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0006-01

1 注聚节点单耗测试办法研究

以山东力创科技有限公司生产的DJ-33Ⅲ型电参数动态平衡测试仪为测试仪器，配合使用钳形电流表，测试计算确定注聚系统主要不同泵型、不同注聚区域，以及各注聚站及站内各节点的用电单耗。

为了保证注聚节点单耗数据的准确性和可操作性，调查某一时点所有注聚设备消耗的功率，同步调查所有正注聚井的瞬时功率。对间歇运行的设备则根据全天运行的时间，折算到1小时所消耗的能量，对所有设备都要进行折算。注聚井管汇和井口油压为聚合物母液和污水混注共同作用形成的，但污水流量、压力没有发生明显的变化，因此调查注聚地面系统效率时只调查母液流量，污水量不计算在内。

2 注聚站节点单耗测试计算方法

2.1 注聚用电单耗节点的确定

摘要:电源关断(PSO)技术是指芯片中某些模块在一段时间内不工作时,将其供电电源关断,从而达到降低芯片静态功耗的目的。本文通过采用Cadence公司的CPF格式来定义各个低功耗单元,通过一个芯片设计实例,介绍了电源关断的实现过程。流片后的测试结果表明,采用电源关断技术,可以有效的降低芯片的静态功耗。

关键词:低功耗设计;电源关断; CPF格式

The Design Implementation Based on Power Shut off Technology

WANG Dian-chao YI Xing-yong Pan Liang

(CEC Huada Electronic Design Co.,Ltd. Beijing 100102,China)

Abstract:The technology of Power Shut Off(PSO) refers to shutting off the power of the module when it dose not work in a period of time, in order to reduce chip power .The CPF format developed by Cadence company was adopted in this paper to define each low power cell and to introduce implementation flow of PSO through an experimental case. The result shows that the chip's static power can be effectively reduced when the PSO technology is used.

Key words: Low power design; Power Shot Off; CPF format

1引言

[摘 要]电能在电力网络中，从发电单位开始，一直到输送到负荷终端时，经过了电力输送及供应的多个阶段，产生了一定量的损耗。因为在此工程中，电流流经很大数量的各种电器元件，既包括各导线线路、各个变压器，也有许多电器调整或计量设备，它们都有着相应数量值的电阻和电抗，电流的通过必然产生电能的损耗。此外，不可预知的电能的泄漏和相关管理工作的不足也会造成一定的电能损耗，线损率是衡量电力系统运行的一个重要经济指标，降低线损是提高电力企业经济效益和社会效益的主要手段。

[关键词]10kV配电网；改进前推法；线损率

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0162-01

供配电网线损管理一直是电力企业各项线损管理中的重难点，而其中10KV的供配电网线损占据主要部分，成为供配电网降损措施研究的重点难题。有效地降低供配电网电能损耗现已成为电力企业的工作目标，线损率代表着电力企业电力系统规划的完美程度、生产经营的合理性以及其经济效益水平，成为检验电力企业综合发展水平的重要指标。

一、线损的分类与构成

（一）按线损的特点分类

此方法能够将线损分为可变损耗、不变损耗和不明损耗三大类，可变损耗：导电线路的损耗、变压器铜损、其他电器设备铜损；不变损耗：变压器铁损、电抗器、互感器、消弧线圈等设备的铁损、电缆和电容器介质损失以及电晕损失；不明损耗：计量装置误差、电表的抄录错漏及时间误差、供用电过程中的跑电、漏电、违章用电（窃电）等。可变损耗为电流通过该电阻单元中引起（正比于电流二次方，损耗随电流增大而增大。不变损耗值的大小不与电流变化有关，只要设备带有电压就会有电能的消耗。一般工作在某一电压下，这个损失就固定了。

（二）按线损的性质分类