芯片對(duì)功耗的苛刻要求源于產(chǎn)品對(duì)功耗的要求。集成電路的迅速發(fā)展以及人們對(duì)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的需求日新月異，使得設(shè)計(jì)者對(duì)電池供電的系統(tǒng)已不能只考慮優(yōu)化速度和面積，而必須注意越來越重要的第三個(gè)方面——功耗，這樣才能延長(zhǎng)電池的壽命和電子產(chǎn)品的運(yùn)行時(shí)間。很多設(shè)計(jì)抉擇可以影響系統(tǒng)的功耗，包括從器件選擇到基于使用頻率的狀態(tài)機(jī)值的選擇等。

1、功耗的組成

功耗一般由兩部分組成：靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。靜態(tài)功耗主要是晶體管的漏電流引起，由源極到漏極的漏電流以及柵極到襯底的漏電流組成；動(dòng)態(tài)功耗主要由電容充放電引起，其主要的影響參數(shù)是電壓、節(jié)點(diǎn)電容和工作頻率。

2、降低功耗帶來的好處

① 低功耗的器件可以實(shí)現(xiàn)更低成本的電源供電系統(tǒng)。另外，更簡(jiǎn)單的電源系統(tǒng)意味著更少的元件和更小的PCB面積，同樣可以降低成本。

② 更低的功耗引起的結(jié)溫更小，因此可以防止熱失控，可以少用或不用散熱器，如散熱風(fēng)扇、散熱片等。

③ 降低功耗可以降低結(jié)溫，而結(jié)溫的降低可以提高系統(tǒng)的可靠性。另外，較小的風(fēng)扇或不使用風(fēng)扇可以降低EMI。

④ 延長(zhǎng)器件的使用壽命。器件的工作溫度每降低10 ℃，使用壽命延長(zhǎng)1倍。所以對(duì)于FPGA而言，降低功耗的根本在于直接提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，并減小了體積，降低了成本，對(duì)產(chǎn)品有著非常大的促進(jìn)作用。

3、如何降低FPGA功耗

FPGA主要的功耗是由靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗組成，降低FPGA的功耗就是降低靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。FPGA動(dòng)態(tài)功耗主要體現(xiàn)為存儲(chǔ)器、內(nèi)部邏輯、時(shí)鐘、I/O消耗的功耗。

① 選擇適當(dāng)?shù)?I/O標(biāo)準(zhǔn)可以節(jié)省功耗。I/O功耗主要來自器件輸出引腳連接的外部負(fù)載電容、阻抗模式輸出驅(qū)動(dòng)電路以及外部匹配網(wǎng)絡(luò)的充放電電流?？蛇x擇較低的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度或較低的電壓標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)系統(tǒng)速度要求使用高功率 I/O標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可設(shè)置缺省狀態(tài)以降低功耗。有的I/O標(biāo)準(zhǔn)需要使用上拉電阻才能正常工作，因此如果該 I/O的缺省狀態(tài)為高電平而不是低電平，就可以節(jié)省通過該終結(jié)電阻的直流功耗。

② 當(dāng)總線上的數(shù)據(jù)與寄存器相關(guān)時(shí)，經(jīng)常使用片選或時(shí)鐘使能邏輯來控制寄存器的使能，盡早對(duì)該邏輯進(jìn)行“數(shù)據(jù)使能”，以阻止數(shù)據(jù)總線與時(shí)鐘使能寄存器組合邏輯之間不必要的轉(zhuǎn)換。另一種選擇是在電路板上，而不是芯片上，進(jìn)行這種“數(shù)據(jù)使能”，以盡可能減小處理器時(shí)鐘周期。也就是使用 CPLD從處理器卸載簡(jiǎn)單任務(wù)，以便使其更長(zhǎng)時(shí)間地處于待機(jī)模式。

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