低功耗手持多媒体终端硬件平台研究[2]

  2 最小单片机系统（存储器）

  目前存储器主要有：SRAM、SDRAM、FRAM、EEPROM、FLASH。由于平台常存储大量数据，如操作系统应用程序，可以选择FLASH，如INTEL 28F128L18[3]。28F128L18初始访问时间是85ns，异步页模式为25ns，同步突发为54MHz，能在读周期完成后自动进入功率节省模式，片选无效或复位有效时进入standby模式，电流大约50uA，异步读电流大约18mA。为了回快应用程序的招执，配置SDRAM或者SRAM。由于SDRAM比SRAM容量大、价格便宜，选用SDRAM用于数据存储。由于系统在运行时，大功耗元件除LCD背景光外，就是SDRAM。偿和部分阵列刷新的Mobile SDRAM产品对降低功耗十分重要。如SAMSUNG K4M28163PD-RS1L，自动刷新电流85mA，4 bank激活突发模式为50mA，可使能SDRAM自动预充。这样在每次突发读写后，该bank进入空闲状态，电流可降到5.5mA。OMAP1510对K4M28163PD-RS1L进行控制时，应置K4S56163-RR75为全页突发，以减小访问时间，降低功耗。系统常有一些数据量不大的数据需要保存，可采用铁电存储器，如声音的音量、LCD的亮度。这些参数如果保存到FLASH或者EEPROM，功耗会更大。FLASH需要整块擦除。RAMTRON的FM24CL16在3V电源100kHz频率读写时，电流为75uA,standby电流为1uA。ATMEL AT24C16在5V 100kHz读写电流分别是0.4mA、2mA，在2.7V时standby电流为1.6uA。AT24CL16字节写入时间大约10ms，FM24CL16写入时间总为线时间，不需延时，因而功耗较小。SDRAM与FLASH、SRAM采用不同的接口，在调试ARM中断服务程序时，由于中断服务矢量位于低端地址，调试时最好有SRAM映射到0地址处。因此SRAM和FLASH的片选信号应该是可配置的。SRAM可选用Cypress CY62157DV18，典型工作电流10mA，standby电流为2uA。

  3 其它周边元件

  LCD显示屏应用透射反射型，如SHARP LQ035Q7DB02。反射型LCD在强光条件下有明亮的高对比度，但在弱光条件下需要更高的亮度。SHARP把反射型LCD与背后点亮透射型LCD技术相结合，在强光条件下用作反射型LCD，在弱光条件下用作背后点亮透射型LED时功耗为350mW。Xilinx CoolRunner-II CPLD使用了快速零功耗技术。在手持多媒体终端中，图像采集模块和声音采集模块数据量大，因此除静态功耗外，还应综合考虑接口电压高低，即数据传输引起的动态损耗。

  4 电源产生

  锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，可充电的锂离子电池的额定电压为3.6V（有的产品为3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V；阳极材料为集炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大。锂离子电池的放电曲线平坦，终止放电电压为2.5V～2.75V。在通常的固定频率DC/DC变换器中，主要有三类功率损失：（1）负载电流相关的损失，主要包括MOSFET的导通电阻、二极管正向导通压降、电感电阻、电容等效串联电阻；（2）开关频率相关的损失有MOSFET的输出电容栅极电容及门驱动损失等；（3）其它固定损失，如MOSFET、二级管、电容泄漏电流损失。在大负载电流时，主要是电流相关功率损失，在小负载情况下，主要是频率相关功率损失。在负载电流范围较宽时，采用调频方式效率更高[9]。文献[10]讨论了在断续导通和连接导通模式时提高效率的控制方法。很DC/DC变换器都能上固定频率或在轻负载时以跳脉冲方式工作。这两种方式切换可由芯片外部控制（如TI的TPS60110、PINEAR的LTC3440），也可由芯片内部自动控制，如Philips的TEA1207。如果由芯片管理脚控制，则由ARM控制：ARM处理器控制各个功能模块掉电或者空闲，分别测出功能模块不同状态下的工作电流，并根据负载电流值，结合电源芯片的两种模式下的效率曲线或者其它电路参数，选择高效率的工作方式。

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