功率再利用法提高 I/O 效率
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作者：
時(shí)間：2005-09-04
來源：EDN電子設(shè)計(jì)技術(shù)
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功率再利用法提高 I/O 效率
在定制 IC 的開發(fā)過程中，控制功耗以使手持式產(chǎn)品中電池工作壽命最長(zhǎng)，是一個(gè)更需要優(yōu)先考慮因素。I/O 驅(qū)動(dòng)器的功耗在這一功耗中占有很大的比重，特別是當(dāng)芯片是 I/O 密集型的，而且還必須向外部存儲(chǔ)器或外設(shè)傳送高速率數(shù)據(jù)時(shí)。Adiabatic Logic 公司的 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）用一個(gè)“功率再利用”I/O 單元解決了這一問題，因?yàn)檫@一I/O單元可以將驅(qū)動(dòng)外部線路的總功耗降低 75%?！?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/Adiabatic">Adiabatic”這個(gè)詞表示一個(gè)沒有損失或增加能量的過程。
Adiabatic Logic公司的 IOD（智能輸出驅(qū)動(dòng)器）提供了一種處理傳輸線特性的工具；常規(guī)的做法是在傳輸線路的末端連接它的特性阻抗（一個(gè)電阻器），以吸納能量并避免反射。為了發(fā)送一個(gè)上升沿信號(hào)，你可將傳輸線的發(fā)送端切換至電源電壓，這就會(huì)在傳輸線上產(chǎn)生一個(gè)同樣幅度的階躍信號(hào)。如果傳輸線遠(yuǎn)端沒有接終端負(fù)載，則該信號(hào)會(huì)被反射回來，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間之后，返回到發(fā)送端并產(chǎn)生 2V （V為傳輸線電壓），這種情況是要避免的。IOD 的輸出端是一個(gè)三端開關(guān)，它將傳輸線連接到一個(gè)已預(yù)先充電到0.5V（傳輸線電壓的一半）的電容器，就開始送出一個(gè)上升沿信號(hào)。傳輸線未接終端負(fù)載；反射波回到發(fā)送端，相加產(chǎn)生兩倍于傳輸線電壓的電壓。此時(shí)，發(fā)送開關(guān)連接到傳輸線電壓上。為傳輸線和負(fù)載的電容充電，并驅(qū)動(dòng)負(fù)載本身，就是唯一耗能的兩個(gè)動(dòng)作。在下降沿時(shí)，就會(huì)發(fā)生相反的開關(guān)動(dòng)作，先切換到電容器的 0.5V，然后在適合的時(shí)候接地。隨著電流的反向，能量就返回到電容器。
一個(gè)基于加/減計(jì)數(shù)器的延遲鎖定環(huán)路可設(shè)定三端開關(guān)的換向時(shí)間即計(jì)數(shù)器監(jiān)控反射波的傳輸時(shí)間。你使用的硅工藝（即器件速度）與你匹配的最小傳輸線長(zhǎng)度相關(guān)。Adiabatic 公司的官員說，對(duì) 90 納米~ 0.13 微米的硅片幾何尺寸來說，這一長(zhǎng)度相當(dāng)于電路板上的1~2 厘米的印制線。
由于這一技術(shù)精確地模擬接有適當(dāng)終端負(fù)載的傳輸線的影響，因此也可以獲得減少 RFI 的好處。作為潛在節(jié)能的一個(gè)實(shí)例，該公司對(duì)一個(gè)手持式產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其單單從處理器至 SDRAM 的一個(gè)接口就消耗了 100mW 功率，表明有可能減少 75mW。Adiabatic 公司斷定，由于 IOD 的開銷小，這一功耗下降很具成本效益。該公司正在將 IOD 作為 IP 推向市場(chǎng)，IMEC 公司(www.imec.be)已經(jīng)將IOD用于航空航天工藝庫(kù)中。
Adiabatic Logic公司的 IOD（智能輸出驅(qū)動(dòng)器）提供了一種處理傳輸線特性的工具；常規(guī)的做法是在傳輸線路的末端連接它的特性阻抗（一個(gè)電阻器），以吸納能量并避免反射。為了發(fā)送一個(gè)上升沿信號(hào)，你可將傳輸線的發(fā)送端切換至電源電壓，這就會(huì)在傳輸線上產(chǎn)生一個(gè)同樣幅度的階躍信號(hào)。如果傳輸線遠(yuǎn)端沒有接終端負(fù)載，則該信號(hào)會(huì)被反射回來，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間之后，返回到發(fā)送端并產(chǎn)生 2V （V為傳輸線電壓），這種情況是要避免的。IOD 的輸出端是一個(gè)三端開關(guān)，它將傳輸線連接到一個(gè)已預(yù)先充電到0.5V（傳輸線電壓的一半）的電容器，就開始送出一個(gè)上升沿信號(hào)。傳輸線未接終端負(fù)載；反射波回到發(fā)送端，相加產(chǎn)生兩倍于傳輸線電壓的電壓。此時(shí)，發(fā)送開關(guān)連接到傳輸線電壓上。為傳輸線和負(fù)載的電容充電，并驅(qū)動(dòng)負(fù)載本身，就是唯一耗能的兩個(gè)動(dòng)作。在下降沿時(shí)，就會(huì)發(fā)生相反的開關(guān)動(dòng)作，先切換到電容器的 0.5V，然后在適合的時(shí)候接地。隨著電流的反向，能量就返回到電容器。
一個(gè)基于加/減計(jì)數(shù)器的延遲鎖定環(huán)路可設(shè)定三端開關(guān)的換向時(shí)間即計(jì)數(shù)器監(jiān)控反射波的傳輸時(shí)間。你使用的硅工藝（即器件速度）與你匹配的最小傳輸線長(zhǎng)度相關(guān)。Adiabatic 公司的官員說，對(duì) 90 納米~ 0.13 微米的硅片幾何尺寸來說，這一長(zhǎng)度相當(dāng)于電路板上的1~2 厘米的印制線。
由于這一技術(shù)精確地模擬接有適當(dāng)終端負(fù)載的傳輸線的影響，因此也可以獲得減少 RFI 的好處。作為潛在節(jié)能的一個(gè)實(shí)例，該公司對(duì)一個(gè)手持式產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其單單從處理器至 SDRAM 的一個(gè)接口就消耗了 100mW 功率，表明有可能減少 75mW。Adiabatic 公司斷定，由于 IOD 的開銷小，這一功耗下降很具成本效益。該公司正在將 IOD 作為 IP 推向市場(chǎng)，IMEC 公司(www.imec.be)已經(jīng)將IOD用于航空航天工藝庫(kù)中。
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