利用AVS技术与PWI能量管理单元降低系统能耗

笔记本电脑、手机、PDA等移动多媒体设备的功能日趋多样化，相应的产品设计师不得不面对这样一个挑战：尽可能降低每一个环节的能耗以延长电池寿命。因为绝妙的产品创新设计如果以高能耗为代价，所谓的客户体验不过是“水中月，镜中花”。

目前电源转换效率已高达90％以上，通过进一步提升转换效率已不是问题的关键。因此，引进一种全新的技术在系统层面进行能耗管理成为一种必须。

AVS及其原理

自适应电压调节(AVS)技术采用闭环的方式尽可能降低供电电压，同时确保任务能按时完成。与传统的预定义电压频率组合，即动态电压调节DVS相比，AVS是一种更高效的电压调节方式。DVS技术采用开环的方式调节电压、预设频率或按照电压/频率对照表进行调节。要保证所有元器件可在任何温度下都能正常地运行，电压必须足够。虽然这种开环方式可以合理降低部分功耗，但并不能完全达到节能要求。而AVS在确定最理想供电电压时可以将工艺、温度及供电情况所产生的影响全部计算在内，从而确保功耗可以减至最少。

自适应电压调节(AVS)是一种系统级节电方案――通过独立自动控制单片机(SoC)中每一个处理引擎的供电电压来降低数字单片机系统的功耗。这项技术嵌入了基于综合先进的微控制器总线体系结构(AMBA)的内核，即高级功率控制器(APC)(参看图2)。高级功率控制器(APC)可以指定单片机系统执行DVS功能或全面执行AVS功能。此外，高级功率控制器(APC)通过阻断电源传输系统内部的互动，确保供电电压和数字逻辑功耗根据单片机时钟频率降至最低并产生最优化功率转换效率。高级功率控制器(APC)利用3个接口与系统的其他电路连接一起，即AMBA标准主接口、时钟管理单元(CMU)接口以及采用开放式标准的PowerWise接口(PWI)。主接口负责控制及配置高级功率控制器2(APC2)，而时钟管理单元接口负责协调电压及频率。PWI接口是个简单的高速(高达15MHz)的双引脚串行接口，特别适合于多种可编程应用中的AVS及DVS需求。最新版PWI 2.0标准可以用同一总线支持多个单片机及设备。PWI接口可将有关电源管理的数据传送到外置的能源管理单元(EMU)或控制其他设备。

PWI能量管理单元

PWI能量管理单元(EMU)是美国国家半导体面向移动计算平台的高集成数字可编程电源产品。通过高速串行PWI链路，能量管理单元(EMU)可以对多种稳压器进行控制与编程。将AVS与美国国家半导体的高级能量控制器(APC)相结合，可以在系统温控范围内实现全程最优化节能效果。如图2所示，在固定电压下，DVS和AVS系统中所达到的共同节能效果。

美国国家半导体推出的LP5552能量管理单元，与PWI 2.0相兼容，并包含两个对双电压域供电的PWI从器件。每个从器件都包括一个具有800mA输出的DC/DC降压开关，它可以在0.6V至1.235V范围内进行数字编程。另外，在能量管理单元中有5个可编程LDO，可以为其它系统元器件进行供电。LP5552在许多系统中可作为整体电源来使用。应用诸如APC这样的器件需要专用的PWI主器件，而应用LP5552只需要对系统中两个通用I/O引脚上的PWI命令进行位拆裂。图3为LP5552的硬件配置。

PWI 2.0规格中规定，SCLK频率可以低至32kHz。即使简单的8位微控制器基本上也可以满足这个要求。通过PowerWise连接的简单的功能来控制LP5552，系统便可以执行一个可编程的电源或DVS电压/频率调节算法。我们将检验PWI寄存器写入序列。注意这个代码片断假设LP5552从外部捆绑连接到从地址0，GPIO1(SCLK)已经被配置成一个输出，而GPl02(SPWI)则从输出开始，但是可以在系统配置成为输入。