跟着顾客不断要求智能手机、平板电脑、PC等设备添加新功用和进步功用,多核处理器从此替代了传统的单核设备。
各大厂商最新推出的多媒体运用处理器选用了ARM Cortex-A9或Cortex-A15等先进的内核架构,供给单核、双核和四核等功用各异的版别。
ARM的不对称big.LITTLE体系进一步开展了多核理念,经过结合运用一个高功用的内核(如Cortex-A15)和一个能效极高、选用相同架构的内核(如Cortex-A7),优化一切处理负荷的能效。
最新的多核运用处理器还集成了DRAM操控器、ARM Neon媒体/图形协处理器等外围设备,以进一步提高功用。
电源办理的演进
当双核处理器于2011年进入商场时,单核设备一般运用的电源架构只经过了简略的扩展,以便经过通用供电轨为两个处理器内核供电。跟着多核路线图的不断演进和四核处理器的面世,并考虑到正处于研制阶段的八核处理器以及愈加杂乱的未来处理器,咱们需求能够反常灵敏地操控各个内核的供电电源,然后完成优化能效的方针。这需求反常杂乱的电源办理架构,将每个内核独自划分到由一个稳压器供电的各自的电源域中(见图1)。这种办法能够运用较小的稳压器,下降最坏情况下的电流需求。
图1:将内核划分到不同的电源域中可完成灵敏高效的电源办理。
推进多核体系电源架构产生改动的另一重要因素是40纳米、32纳米以及最近的28纳米工艺的遍及。它们无法支撑衔接各个稳压器输入端的5V电池电压(VBAT),因为更小的CMOS需求更低的作业电压,然后有用削减了所能施加的最大电压。鉴于此,现在有必要将运用处理器的电源办理功用迁移到一个独自的器材上。
这与第一代移动设备中所选用的办法构成了鲜明对比,后者一般将电源办理功用整合到运用处理器中,构成一个芯片。
在芯片之外的一个独自器材上完成一个愈加杂乱的多稳压器架构,这一趋势正在催生新一代先进的电源办理%&&&&&%(PMIC)。
这些PMIC的特性和才能正在不断演进,意图是提高当今消费类移动和多媒体产品中多种运用形式的能效。一般能够完成多个开关式稳压器,其间包含为处理器内核和I/O(关于28纳米处理器,它们可别离低至1和2 V)、内存IC和其它外围设备供给低电压的降压稳压器。还能够完成一个升压转换器,为屏幕背光等LED灯串供电。此外,内置的低压差(LDO)稳压器还可用于为感应器、LED指示灯或电机等子体系供电。
各种电池充电功用也能得以完成,从用于为备用扣子电池或超级电容器充电的几毫安小型电源,到能够衔接墙面充电器、USB 5-V电源或车载充电器等各种电源的数控多形式锂电池充电器。
此外,还能够完成用于监督外部电压和温度的数模转换器等更多功用。不只如此,片上电源监控智能还能让PMIC处理开机/关机次序、重置和中止处理等重要功用。这能够协助规划人员提高体系的全体可靠性和能效。
聚集PMIC
作为针对多核运用而优化的新一代PMIC的一个典型比如,Dialog半导体有限公司的DA9063具有6个固定切换频率为3-MHz的降压稳压器。它能够运用高度仅为1毫米的1-μH电感器,因而支撑移动设备的超小尺度,一起又能让稳压器满意较高的峰值电流要求。
动态电压操控(DVC)功用能够依据处理器负荷调理电源电压。6个降压稳压器中有三个能够供给高达2.5 A的电流,其他三个可供给高达1.5 A的电流。并联这些稳压器能够完成5 A或3 A供电轨,以满意当今功用最高的处理器对内核电流的需求。因而,规划人员能够扩展或调整装备,以满意不同的体系要求。
此外还有11个额外输出电流在100到300 mA范围内的可编程LDO稳压器。因为支撑长途电容器装备和1.5/1.8 V低输入电压运转,它能够级联一个恰当的降压电源,然后提高体系的归纳功率。此外,还能够将多个LDO装备为限流旁路开关,用以支撑存储卡、外联附件等其它外设。
不只如此,某些LDO针对低噪声运用而优化,其间一个能够被装备为一个由PWM操控的6位振荡电机驱动电源,用于完成用户触感操控功用。
图2框图显现了DA9063中集成的6个降压稳压器、11个LDO、备用电池充电器以及电源办理和监控功用。
图2:Dialog半导体有限公司的DA9063 PMIC中集成的供电和办理功用。
提高体系功率
将多个稳压器和智能电源办理功用整合到比如DA9063这样一个独自的PMIC中能够完成很多节电功用,这些功用能够自主运转,无需运用处理器的任何干与。电源办理器模块配有一个发动次序引擎,可依照可编程的次序发动表里稳压器和供电轨开关。此款PMIC具有多种运转形式,其间包含5种电流仅为20μA或更低的低功耗形式,它们可让规划人员反常灵敏地将一切运用场景的体系功耗降至最低。其间一个是1.5-μA实时时钟(RTC)形式,配有闹钟和唤醒功用,可让体系进入功耗极低的深度睡觉状况。此外,经过运用PMIC的供电轨开关操控器来驱动外部FET开关,规划人员还能下降已封闭内核的漏电流。
此外,按键按压检测功用可完成可装备的按键确定功用和根据按键按压时刻的运用封闭功用。GPIO引脚能够让规划人员完成其它很多节电功用,其间包含键盘监控、运用唤醒以及针对外部稳压器、电源开关或其它IC的守时操控功用。
在PMIC内部,1个或多个开关形式电源域中的动态电压调理功用有助于针对每项使命优化处理器的功耗,然后提高功率。此外,降压静态电流和LDO电压也低于相似的离散解决方案。这不只进步了功率,并且下降了内部功耗。
将锂电池充电器集成到PMIC中能够进一步大幅下降功耗。在一个1.3A/5V体系中,一个能够监控电池充电的开关电源充电器可将内部功耗下降80%以上。
对子孙产品的影响
此类PMIC能够打造最新的消费类多媒体产品,经过提高功用完成当今顾客所要求的体会,一起高效地运用电池,完成可接受的充电间隔时刻。此外,PMIC关于简化日益增多的子体系的配电至关重要,例如:高像素双摄像头,支撑蓝牙、Wi-Fi、NFC和3G或4G LTE蜂窝无线链路的多个射频体系,用于照明和状况指示的各种LED灯带等等。
将电源办理功用从基带/运用处理器迁移到一个独自的PMIC,还能为规划人员供给更大的自由度,以满意商场关于大型多点触控%&&&&&%屏、更好的音频才能(如更好的扬声器功用、高清音频播映)等功用的需求。
某些PMIC(如DA9059)在一个芯片中集成了由DSP、编解码器、D类扬声器放大器、G类耳机放大器构成的音频子体系。这能够将物料清单削减约43%.
未来的4G智能手机等设备有望进一步推进这一架构趋势,运用两个杂乱的PM%&&&&&%别离服务基带和运用处理器。