基帶芯片低功耗設(shè)計及部分接口

語音接口語音前置端口是滿足G712要求的編解碼器，它允許語音有效連接。在發(fā)射方向，發(fā)話器信號在轉(zhuǎn)化成PCM I/F前被數(shù)字代及濾波，一對差分發(fā)話器給電發(fā)話器提供差分電流源。在接收方向，信號被解壓與濾波傳給揚(yáng)聲器，DSP子系統(tǒng)產(chǎn)生蜂鳴信號給蜂鳴器，一對差分輸出驅(qū)動信號被提供，語言前置端口控制語音信號放大量及調(diào)整數(shù)字濾波器率響應(yīng)。 電源/復(fù)位管理與定時產(chǎn)生，這部分小功能塊是降低功耗的主要部分;只讓必須工作的小功能塊工作。程序能實現(xiàn)如下功能;當(dāng)數(shù)字尋功能塊工作在空閑狀態(tài)時停止或減慢其數(shù)字時鐘;切斷模擬子功能塊的電源當(dāng)其工作在空閑模式時;在收到子系統(tǒng)復(fù)位要求或者看門狗計算器滿時，復(fù)位信號發(fā)生器產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位信號，時鐘發(fā)生器產(chǎn)生基帶子系統(tǒng)的操作時鐘，PCC為ARMT子系統(tǒng)及DSP子系統(tǒng)產(chǎn)生高速時鐘，分別為26MHZ與52MHZ時鐘。功耗降低開關(guān)內(nèi)含讓基帶芯片子系統(tǒng)接通或斷開電源的寄存器。定時產(chǎn)生器產(chǎn)生定時窗口讓基帶芯片子系統(tǒng)與外接天線設(shè)備在TDMA幀內(nèi)動態(tài)接通或關(guān)斷。為了將聽與呼叫功能塊的功耗最小化;采用慢的時間基準(zhǔn)代替快的時鐘基準(zhǔn)使功耗降低;TDMA幀巾斷可以被掩飾為了可編程同期。

公用debug/測試接口該接口允許測試或debug設(shè)備連接在同一端口，它為最終目的提供debug工具。根據(jù)端口或核選擇器數(shù)值，該接口將外部信號與內(nèi)部端口連接;DAI端口，DSP JTAG串聯(lián)端口或者ARM7 JTAG串聯(lián)端口。開發(fā)工具通過VSD模塊(VLSI串行器模塊)驅(qū)動DSP(OAK SDI)與ARM ICEbreaker VSD 模塊將Host信號轉(zhuǎn)化為JTAG格式，而且容許通過測試端口連接內(nèi)部資源。在開發(fā)芯片，增加debug連接腳，容許通過外接邏輯分析器觀察與實時跟蹤記錄內(nèi)部信號。

基帶芯片的低功耗設(shè)計貫穿于芯片從規(guī)劃、設(shè)計到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的低功耗技術(shù)。下面介紹幾種在前端設(shè)計基帶芯片時所用到的低功耗方法，例如多電壓域、門控時鐘、門控電源和動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)等

多電壓域技術(shù)對于傳統(tǒng)的單電壓數(shù)字電路，電路里所有的單元共享電源。而對于多電壓域的低功耗設(shè)計，在系統(tǒng)級設(shè)計階段就要考慮電壓的影響。在系統(tǒng)中，很多時候并不是所有的模塊都同時工作，如果給處于空閑狀態(tài)的模塊也供電的話，就造成了不必要的耗電，使得系統(tǒng)整體功耗過高。所以為了節(jié)省系統(tǒng)功耗，通常需要把處于空閑狀態(tài)的模塊的電源關(guān)掉，使不同模塊之間可以獨(dú)立供電，互不影響。系統(tǒng)多電壓域的設(shè)計方法恰好解決了這一問題。

門控時鐘技術(shù)芯片系統(tǒng)中功耗的一大部分來源是時鐘網(wǎng)絡(luò)所消耗的功耗，動態(tài)功耗中近似50%的功耗是時鐘頻率消耗的。為了降低系統(tǒng)功耗，當(dāng)部分電路模塊進(jìn)入空閑狀態(tài)的時候，將該電路的時鐘關(guān)閉，這種方法就叫做門控時鐘(Clock Gating)， 門控時鐘技術(shù)已經(jīng)是目前應(yīng)用非常普遍的低功耗技術(shù)了。當(dāng)電路模塊中的時鐘關(guān)閉后，該模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)的跳變就會被阻止，所以從模塊第一級觸發(fā)器到輸出之間的所有邏輯都不再工作，信號不會發(fā)生跳變，因此有效地降低了系統(tǒng)功耗。

門控電源技術(shù)漏電流功耗總是隨著CMOS工藝的發(fā)展進(jìn)步而與日俱增，而漏電流功耗的增加為電池供電的便攜式電子產(chǎn)品帶來了挑戰(zhàn)，使電池的供電時間大大縮短，為消費(fèi)者帶來了不好的體驗。為了降低芯片系統(tǒng)的漏電流功耗，增加一種機(jī)制來關(guān)閉處于空閑狀態(tài)的模塊的電源是非常必要的，這一技術(shù)就叫做門控電源技術(shù)。 門控電源技術(shù)可以選擇性地關(guān)閉芯片系統(tǒng)的某些模塊的電源，同時保持其他模塊處于供電狀態(tài)。門控電源技術(shù)的目的就是通過暫時性的將不需要工作的模塊的電源關(guān)掉來減小漏電流功耗。門控電源技術(shù)提供了兩種電源模式，一種是睡眠模式，另一種是活躍模式。門控電源的目標(biāo)就是要找到一個合適的時間和方式對這兩種電源模式進(jìn)行切換，最大限度地節(jié)省功耗，并且將對系統(tǒng)的影響降到最低。要關(guān)閉某些模塊的電源可以通過軟件和硬件兩種方式,軟件方面是通過在設(shè)備驅(qū)動或者操作系統(tǒng)上明確計劃的，而硬件方面是通過設(shè)計計時器或者系統(tǒng)電源控制單元來控制的。不管通過哪種方式，在關(guān)閉某些模塊的電源時，都要考慮到以下幾個問題：

可能會節(jié)省的漏電流功耗;

進(jìn)入或者退出睡眠模式所需要的時間;

進(jìn)入或者退出睡眠模式所消耗的功率。

動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)(Dynamic Voltage Frequency Scaling)是目前使用最為廣泛且有效的低功耗技術(shù)之一。該技術(shù)可以監(jiān)測系統(tǒng)的負(fù)載，根據(jù)系統(tǒng)的性能需求對供電電壓和頻率進(jìn)行動態(tài)控制。當(dāng)電壓和頻率根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載而被動態(tài)控制時，系統(tǒng)的平均功耗就可以顯著降低。這樣，便攜設(shè)備的電池使用時長就可以大大增加。動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)計算系統(tǒng)負(fù)載的方法的不同，可以分為基于軟件的方法和基于硬件的方法。基于軟件的方法主要是根據(jù)調(diào)用函數(shù)的頻率來使用各種算法計算系統(tǒng)負(fù)載?；谟布姆椒ㄖ饕ㄟ^采集-一些與系統(tǒng)負(fù)載相關(guān)的信號、中斷等信息來判斷系統(tǒng)的負(fù)載。動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)會根據(jù)計算出的系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)載，來預(yù)測下一階段內(nèi)系統(tǒng)所需的性能。