硬件设计鸡毛蒜皮之一： 低功耗设计

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硬件设计鸡毛蒜皮之一： 低功耗设计

低功耗设计

现象一：我们这系统是220V供电，就不用在乎功耗问题了
点评：低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成
本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，器件寿命则
相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半）

现象二：这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些
点评：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信
号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，现在的系统常
常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都上拉的话，几瓦的功
耗就耗在这些电阻上了（不要用8毛钱一度电的观念来对待这几瓦的功耗）。

现象三：CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢？先让它空着吧，以后再说
点评：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号
了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个引脚也会有
微安级的电流，所以最好的办法是设成输出（当然外面不能接其它有驱动的信号）

现象四：这款FPGA还剩这么多门用不完，可尽情发挥吧
点评：FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比，所以同一型号的FPGA在不同
电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根
本方法。

现象五：这些小芯片的功耗都很低，不用考虑
点评：对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，它主要由引脚上的电流确定，一个
ABT16244，没有负载的话耗电大概不到1毫安，但它的指标是每个脚可驱动60毫安的负载
（如匹配几十欧姆的电阻），即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA，当然只是电源电流这
么大，热量都落到负载身上了。

现象六：存储器有这么多控制信号，我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了，片选就接地
吧，这样读操作时数据出来得快多了。
点评：大部分存储器的功耗在片选有效时（不论OE和WE如何）将比片选无效时大100倍以
上，所以应尽可能使用CS来控制芯片，并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的
宽度。

现象七：这些信号怎么都有过冲啊？只要匹配得好，就可消除了
点评：除了少数特定信号外（如100BASE-T、CML），都是有过冲的，只要不是很大，并不一
定都需要匹配，即使匹配也并非要匹配得最好。象TTL的输出阻抗不到50欧姆，有的甚至20
欧姆，如果也用这么大的匹配电阻的话，那电流就非常大了，功耗是无法接受的，另外信号
幅度也将小得不能用，再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同，也
没办法做到完全匹配。所以对TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。

现象八：降低功耗都是硬件人员的事，与软件没关系
点评：硬件只是搭个舞台，唱戏的却是软件，总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的
翻转差不多都由软件控制的，如果软件能减少外存的访问次数（多使用寄存器变量、多使用
内部CACHE等）、及时响应中断（中断往往是低电平有效并带有上拉电阻）及其它争对具体
单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的贡献。

李小路

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