引言  
      隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，移動(dòng)終端已經(jīng)由原來單一的通話功能向話音、數(shù)據(jù)、圖像、音樂和多媒體方向綜合演變。而對(duì)于移動(dòng)終端，基本上可以分成兩種：一種是傳統(tǒng)手機(jī)(feature phone)；另一種是智能手機(jī)(smart phone)。智能手機(jī)具有傳統(tǒng)手機(jī)的基本功能，并有以下特點(diǎn)：開放的操作系統(tǒng)、硬件和軟件的可擴(kuò)充性和支持第三方的二次開發(fā)。相對(duì)于傳統(tǒng)手機(jī)，智能手機(jī)以其強(qiáng)大的功能和便捷的操作等特點(diǎn)，越來越得到人們的青睞，將逐漸成為市場(chǎng)的一種潮流。 

      然而，作為一種便攜式和移動(dòng)性的終端，完全依靠電池來供電，隨著智能手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，其功率損耗也越來越大。因此，必須提高智能手機(jī)的使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。對(duì)于這個(gè)問題，有兩種解決方案：一種是配備更大容量的手機(jī)電池；另一種是改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)技術(shù)，降低手機(jī)的功率損耗。 

      現(xiàn)階段，手機(jī)配備的電池以鋰離子電池為主，雖然鋰離子電池的能量密度比以往提升了近30％，但是仍不能滿足智能手機(jī)發(fā)展需求。就目前使用的鋰離子電池材料而言，能量密度只有20％左右的提升空間。而另一種被業(yè)界普遍看做是未來手機(jī)電池發(fā)展趨勢(shì)的燃料電池，能使智能手機(jī)的通話時(shí)間超過13 h，待機(jī)時(shí)間長達(dá)1個(gè)月，但是這種電池技術(shù)仍不成熟，離商用還有一段時(shí)間[1]。增大手機(jī)電池容量總的趨勢(shì)上將會(huì)增加整機(jī)的成本。 

      因此，從智能手機(jī)的總體設(shè)計(jì)入手，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)和器件，進(jìn)行降低功率損耗的方案設(shè)計(jì)，從而盡可能延長智能手機(jī)的使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。事實(shí)上，低功耗設(shè)計(jì)已經(jīng)成為智能手機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)越來越迫切的問題。 

      1 智能手機(jī)的硬件系統(tǒng)架構(gòu) 

      本文討論的智能手機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu)是使用雙CPU架構(gòu)，如圖1所示。 

                          

      主處理器運(yùn)行開放式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制。從處理器為無線Modem部分的DBB(數(shù)字基帶芯片)，主要完成語音信號(hào)的A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音信號(hào)的編解碼、信道編解碼和無線Modem部分的時(shí)序控制。主從處理器之間通過串口進(jìn)行通信。主處理器采用XXX公司的CPU芯片，它采用CMOS工藝，擁有ARM926EJ-S內(nèi)核，采用ARM公司的AMBA(先進(jìn)的微控制器總線體系結(jié)構(gòu))，內(nèi)部含有16 kB的指令Cache、16 kB的數(shù)據(jù)Cache和MMU(存儲(chǔ)器管理單元)。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議功能，攜帶了一個(gè)優(yōu)化的MPEG4硬件編解碼器。能對(duì)大運(yùn)算量的MPEG4編解碼和語音壓縮解壓縮進(jìn)行硬件處理，從而能緩解ARM內(nèi)核的運(yùn)算壓力。主處理器上含有LCD(液晶顯示器)控制器、攝像機(jī)控制器、SDRAM和SROM控制器、很多通用的GPIO口、SD卡接口等。這些使它能很出色地應(yīng)用于智能手機(jī)的設(shè)計(jì)中。 

      在智能手機(jī)的硬件架構(gòu)中，無線Modem部分只要再加一定的外圍電路，如音頻芯片、LCD、攝像機(jī)控制器、傳聲器、揚(yáng)聲器、功率放大器、天線等，就是一個(gè)完整的普通手機(jī)(傳統(tǒng)手機(jī))的硬件電路。模擬基帶(ABB)語音信號(hào)引腳和音頻編解碼器芯片進(jìn)行通信，構(gòu)成通話過程中的語音通道。 

      從這個(gè)硬件電路的系統(tǒng)架構(gòu)可以看出，功耗最大的部分包括主處理器、無線Modem、LCD和鍵盤的背光燈、音頻編解碼器和功率放大器。因此，在設(shè)計(jì)中，如何降低它們的功耗，是一個(gè)很重要的問題。 

      2 低功耗設(shè)計(jì) 

      2.1 降低CPU部分的供電電壓和頻率 

      在數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中，CMOS電路的靜態(tài)功耗很低，與其動(dòng)態(tài)功耗相比基本可以忽略不計(jì)，故暫不考慮。其動(dòng)態(tài)功耗計(jì)算公式為： 

      Pd=CTV2f　　　　(1) 

      式中：Pd為CMOS芯片的動(dòng)態(tài)功耗；CT為CMOS芯片的負(fù)載電容；V為CMOS芯片的工作電壓；f為CMOS芯片的工作頻率。 

      由式(1)可知，CMOS電路中的功率消耗與電路的開關(guān)頻率呈線性關(guān)系，與供電電壓呈二次平方關(guān)系。對(duì)于CPU來說，Vcore電壓越高，時(shí)鐘頻率越快，則功率消耗越大，所以，在能夠正常滿足系統(tǒng)性能的前提下，盡可能選擇低電壓工作的CPU。對(duì)于已經(jīng)選定的CPU來說，降低供電電壓和工作頻率，能夠在總