電池供電數(shù)對低功耗的要求有哪些，那些是電池低功耗的必然要求呢、
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-24 11:19
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隨著越來越多的電池供電數(shù)?；旌想娐返某霈F(xiàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法受到了強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。低功耗必然要求對整個混合信號電路進(jìn)行統(tǒng)一的功耗管理，而不是將模擬、數(shù)字電路孤立開來。從設(shè)計(jì)的角度，如何協(xié)同考慮數(shù)字、模擬電路的功耗，會遇到比純數(shù)字電路或純模擬電路更多的困難。因此，混合信號的低功耗研究開始引起了人們的重視：文獻(xiàn)[17]在設(shè)計(jì)激光驅(qū)動器時，曾利用數(shù)字信號控制電流開關(guān)來減小功耗，但采用的是外加數(shù)字信號，利用數(shù)字信號來控制模擬電路，但目的是減小電路噪聲而不是功耗。2001年清華大學(xué)提出了將數(shù)字電路的信號控制模擬電路的活動，即所謂的Pulsed-Activation來節(jié)省系統(tǒng)的功耗[20]，但只是從電路上證明了這種方法的可行性，對如何有效地節(jié)省數(shù)?；旌舷到y(tǒng)的功耗，并沒有作進(jìn)一步的理論研究。應(yīng)該看到，研究混合信號電路的低功耗，將涉及目前的模擬、數(shù)字低功耗設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，但也有很多問題沒有解決，值得進(jìn)一步深化和完善。
1.3課題研究內(nèi)容以及文章結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)鋰電池管理芯片的保護(hù)功能及低功耗設(shè)計(jì)要求，本文的主要研究內(nèi)容為：數(shù)?；旌想娐分械母鞑糠值牡凸脑O(shè)計(jì)及協(xié)同考慮方法；鋰離子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)及低功耗實(shí)現(xiàn)；電路設(shè)計(jì)和仿真，版圖實(shí)現(xiàn)以及包括功耗在內(nèi)的后仿真驗(yàn)證。
根據(jù)內(nèi)容需要，本文研究的重點(diǎn)集中在以下幾個方面：
?、贁?shù)模混合電路中的低功耗方法分析：研究低功耗的文獻(xiàn)相當(dāng)多，但大多數(shù)是將數(shù)字電路和模擬電路分開來考慮的。作為一個實(shí)際的數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，低功耗設(shè)計(jì)不能脫離系統(tǒng)應(yīng)用的場合，而且又要有一定的可重用性，這有一定的難度，也有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。
?、阡囯x子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)：針對鋰離子電池應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能對電池實(shí)施實(shí)時、有效保護(hù)的系統(tǒng)。
③面向鋰離子電池管理芯片低功耗實(shí)現(xiàn)：從應(yīng)用場合出發(fā)，研究基于負(fù)載驅(qū)動的數(shù)模混合單芯片系統(tǒng)的功耗優(yōu)化方法。
?、馨鎴D實(shí)現(xiàn)與結(jié)果驗(yàn)證：包括版圖設(shè)計(jì)及后模擬驗(yàn)證。其中，結(jié)果驗(yàn)證包含兩方面：一是功能的準(zhǔn)確性驗(yàn)證，二是包含功耗在內(nèi)的電學(xué)參數(shù)的精確性驗(yàn)證，三是系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性驗(yàn)證。
根據(jù)研究現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)要求，本文擬采取的研究方案為：
①考慮到混合信號單芯片系統(tǒng)的要求，分別研究數(shù)字和模擬電路中的低功耗方法：其中亞閾值電路可以采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字CMOS工藝，比較適合用在低速低電流消耗場合，所以將對亞閾值電路作較深入的理論研究和設(shè)計(jì)分析，包括失配、噪聲對功耗優(yōu)化的實(shí)際限制，設(shè)計(jì)時電路控制與判斷，以及對具體的亞閾值電路結(jié)構(gòu)討論。
?、阡囯x子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)：包括實(shí)時的充放電壓檢測和控制，即能實(shí)現(xiàn)過放電保護(hù)、過充電保護(hù)、零伏充電電壓抑制；包括實(shí)時的雙向充放電電流檢測，即能實(shí)現(xiàn)過流的二級保護(hù)、短路保護(hù)、以及非正常充電電流保護(hù)；另外，當(dāng)外置熱敏電阻時，能實(shí)現(xiàn)溫度的檢測和保護(hù)。
?、蹟?shù)?；旌想娐返呢?fù)載驅(qū)動型低功耗設(shè)計(jì)方法：分功耗建模、功耗管理策略以及實(shí)現(xiàn)三個部分討論。建立適用于管理芯片的功耗模型，對功耗管理策略分析比較后，采用實(shí)現(xiàn)簡單控制容易的方法，并加以改進(jìn)，提出基于負(fù)載的功耗優(yōu)化方案。
?、艿凸幕旌想娐返陌鎴D設(shè)計(jì)和性能功耗驗(yàn)證：功能和電學(xué)參數(shù)可以通過電路級仿真軟件（如HSPICE、VERILOG、POWERMILL等）來直接驗(yàn)證，并且和相關(guān)文獻(xiàn)的指標(biāo)來進(jìn)行對比；運(yùn)用CADENCE，完成系統(tǒng)版圖；通過從版圖提取參數(shù)，并通過后模擬來驗(yàn)證系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。
由上看出，本文的研究意義至少有以下幾方面：
①數(shù)?；旌想娐分械母鞑糠值牡凸睦碚摷皡f(xié)同考慮方法，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功耗優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。
?、诘凸摹⒏呔?、小型化是當(dāng)今電池管理芯片的發(fā)展趨勢，更是滿足應(yīng)用的必然要求，研究電池管理芯片的低功耗有重要的實(shí)用價值。
?、鄄捎妹嫦騿涡酒幕旌想娐返南到y(tǒng)級動態(tài)功耗管理技術(shù)，不僅拓展了動態(tài)功耗管理理論在純數(shù)字系統(tǒng)及實(shí)時嵌入式系統(tǒng)之外的應(yīng)用，還能結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)，克服原有的不足，發(fā)展新的內(nèi)容。
?、鼙疚牡难芯績?nèi)容和結(jié)果對于其它電池管理類芯片有相當(dāng)?shù)慕梃b作用。
1.3課題研究內(nèi)容以及文章結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)鋰電池管理芯片的保護(hù)功能及低功耗設(shè)計(jì)要求，本文的主要研究內(nèi)容為：數(shù)?；旌想娐分械母鞑糠值牡凸脑O(shè)計(jì)及協(xié)同考慮方法；鋰離子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)及低功耗實(shí)現(xiàn)；電路設(shè)計(jì)和仿真，版圖實(shí)現(xiàn)以及包括功耗在內(nèi)的后仿真驗(yàn)證。
根據(jù)內(nèi)容需要，本文研究的重點(diǎn)集中在以下幾個方面：
?、贁?shù)模混合電路中的低功耗方法分析：研究低功耗的文獻(xiàn)相當(dāng)多，但大多數(shù)是將數(shù)字電路和模擬電路分開來考慮的。作為一個實(shí)際的數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，低功耗設(shè)計(jì)不能脫離系統(tǒng)應(yīng)用的場合，而且又要有一定的可重用性，這有一定的難度，也有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。
?、阡囯x子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)：針對鋰離子電池應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能對電池實(shí)施實(shí)時、有效保護(hù)的系統(tǒng)。
③面向鋰離子電池管理芯片低功耗實(shí)現(xiàn)：從應(yīng)用場合出發(fā)，研究基于負(fù)載驅(qū)動的數(shù)模混合單芯片系統(tǒng)的功耗優(yōu)化方法。
?、馨鎴D實(shí)現(xiàn)與結(jié)果驗(yàn)證：包括版圖設(shè)計(jì)及后模擬驗(yàn)證。其中，結(jié)果驗(yàn)證包含兩方面：一是功能的準(zhǔn)確性驗(yàn)證，二是包含功耗在內(nèi)的電學(xué)參數(shù)的精確性驗(yàn)證，三是系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性驗(yàn)證。
根據(jù)研究現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)要求，本文擬采取的研究方案為：
①考慮到混合信號單芯片系統(tǒng)的要求，分別研究數(shù)字和模擬電路中的低功耗方法：其中亞閾值電路可以采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字CMOS工藝，比較適合用在低速低電流消耗場合，所以將對亞閾值電路作較深入的理論研究和設(shè)計(jì)分析，包括失配、噪聲對功耗優(yōu)化的實(shí)際限制，設(shè)計(jì)時電路控制與判斷，以及對具體的亞閾值電路結(jié)構(gòu)討論。
?、阡囯x子電池管理芯片的保護(hù)功能設(shè)計(jì)：包括實(shí)時的充放電壓檢測和控制，即能實(shí)現(xiàn)過放電保護(hù)、過充電保護(hù)、零伏充電電壓抑制；包括實(shí)時的雙向充放電電流檢測，即能實(shí)現(xiàn)過流的二級保護(hù)、短路保護(hù)、以及非正常充電電流保護(hù)；另外，當(dāng)外置熱敏電阻時，能實(shí)現(xiàn)溫度的檢測和保護(hù)。
?、蹟?shù)?；旌想娐返呢?fù)載驅(qū)動型低功耗設(shè)計(jì)方法：分功耗建模、功耗管理策略以及實(shí)現(xiàn)三個部分討論。建立適用于管理芯片的功耗模型，對功耗管理策略分析比較后，采用實(shí)現(xiàn)簡單控制容易的方法，并加以改進(jìn)，提出基于負(fù)載的功耗優(yōu)化方案。
?、艿凸幕旌想娐返陌鎴D設(shè)計(jì)和性能功耗驗(yàn)證：功能和電學(xué)參數(shù)可以通過電路級仿真軟件（如HSPICE、VERILOG、POWERMILL等）來直接驗(yàn)證，并且和相關(guān)文獻(xiàn)的指標(biāo)來進(jìn)行對比；運(yùn)用CADENCE，完成系統(tǒng)版圖；通過從版圖提取參數(shù)，并通過后模擬來驗(yàn)證系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。
由上看出，本文的研究意義至少有以下幾方面：
①數(shù)?；旌想娐分械母鞑糠值牡凸睦碚摷皡f(xié)同考慮方法，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功耗優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。
?、诘凸摹⒏呔?、小型化是當(dāng)今電池管理芯片的發(fā)展趨勢，更是滿足應(yīng)用的必然要求，研究電池管理芯片的低功耗有重要的實(shí)用價值。
?、鄄捎妹嫦騿涡酒幕旌想娐返南到y(tǒng)級動態(tài)功耗管理技術(shù)，不僅拓展了動態(tài)功耗管理理論在純數(shù)字系統(tǒng)及實(shí)時嵌入式系統(tǒng)之外的應(yīng)用，還能結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)，克服原有的不足，發(fā)展新的內(nèi)容。
?、鼙疚牡难芯績?nèi)容和結(jié)果對于其它電池管理類芯片有相當(dāng)?shù)慕梃b作用。
