this article discusses centralized and distributed pmu architectures,the related dvfs technology. the future trends of pmu technology for portalble devices are also analyzed.

    如今用于便攜產(chǎn)品設(shè)計(jì)的許多最新soc解決方案需要能提供多種電壓的電源，這些電源可以與功能是否激活同步開、關(guān)這些供電電壓。它們還必須能夠高效地進(jìn)行dc/dc轉(zhuǎn)換，以盡量減少轉(zhuǎn)換期間的功率損失。在很多情況下，它們還要控制電池的充電過程。這些新型電源電路就是電源管理單元(pmu)，在電源控制方面發(fā)揮了重大作用。

    每一代新的移動便攜式設(shè)備都會比前一代的產(chǎn)品提供更多的功能。這些年來，手機(jī)從單純只用于通話的設(shè)備演變成具有拍照、瀏覽視頻短片、看電視、聽mp3和調(diào)頻收音機(jī)、玩3d游戲以及與pc交換信息等功能。為實(shí)現(xiàn)這些功能，手機(jī)已不僅是連接到移動電話網(wǎng)絡(luò)，而且還可能連接到無線局域網(wǎng)并與pc通信，或者使用藍(lán)牙技術(shù)連接無線耳機(jī)。所有這些附加的功能都要靠電池組提供電能。

    對早先幾代的手機(jī)來說，依靠硅芯片與電池技術(shù)的進(jìn)步就可以增加通話時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。更高效rf放大器和新型cmos邏輯芯片的能耗比前一代更低。射頻信號處理與數(shù)字信號處理算法的發(fā)展進(jìn)一步降低了功耗。與此同時(shí)，新的電池技術(shù)也能提供更高的能量，尤其是對極高存儲密度先進(jìn)鋰離子電池的開發(fā)和應(yīng)用。

    而今，情況發(fā)生了改變。與前幾代cmos工藝不同的是，最新的深亞微米(<100nm)cmos工藝是集成更多功能的必要條件，但集成密度的提高并未相應(yīng)帶來功耗的下降。相反，更多功能造成更高的功耗，而cmos工藝技術(shù)的發(fā)展不再能夠彌補(bǔ)這一增加的功耗。同時(shí)電池技術(shù)的發(fā)展也無法實(shí)現(xiàn)這種彌補(bǔ)。因此，如今的多媒體手機(jī)再次逼近運(yùn)行時(shí)間極限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須尋找新的方法以降低系統(tǒng)的總體功耗。

    目前系統(tǒng)中常用的兩種技術(shù)是電壓域切換和電壓調(diào)整。電壓域切換適用于在任一時(shí)刻并不要用到設(shè)備中所有功能的情況。例如，當(dāng)多媒體設(shè)備播放某種媒體時(shí)，通常與處理其它類型媒體的電路沒有關(guān)系。因此，就可以關(guān)閉這部分未用電路的電源，將其功耗降為近乎零。盡管這種方法向克服深亞微米cmos工藝漏電流問題邁出了重要步伐，但它僅能節(jié)省待機(jī)功耗。當(dāng)電路處于激活狀態(tài)時(shí)，它并不能節(jié)省任何靜態(tài)或動態(tài)功耗。

    現(xiàn)在對激活狀態(tài)下功耗的解決辦法是電壓調(diào)整技術(shù)，它依賴于加在cmos邏輯電路上的電壓與時(shí)鐘的速度之間相關(guān)性。較快的時(shí)鐘速度需要較高的電壓，很明顯，這些參數(shù)的提高都會增加動態(tài)功耗。

    在多數(shù)vlsi數(shù)字芯片中，某些部分的運(yùn)行速度需要高于其它部分，而在傳統(tǒng)器件中，通常整個芯片都工作在最高時(shí)鐘頻率下，并且整體芯片都要供電以維持這個時(shí)鐘頻率。這樣就造成較高的功耗，實(shí)際上芯片中的某些部分原本可以運(yùn)行在較低的速度上。

    通過使用電壓調(diào)整方法時(shí)，芯片采用兩種以上供電電壓，較高速的邏輯被劃分在一些由較高電壓供電的島內(nèi)，而較低速邏輯則位于低供電電壓的島內(nèi)。因而這些島中的時(shí)鐘速度就可以作相應(yīng)的調(diào)整。

    因此，許多最新soc解決方案需要能提供多種電壓的電源，這些電壓是電壓調(diào)整所需的，另外這些電源還可以與功能同步開、關(guān)這些供電電壓，以支持電壓域切換。對于電池供電的設(shè)備，它們還必須能夠高效地將電池輸出電壓轉(zhuǎn)換為芯片所需電壓(dc/dc轉(zhuǎn)換)，以盡量減少轉(zhuǎn)換期間的功率損失。在很多情況下，它們還要控制電池的充電過程。

    這些新型電源電路通常叫做電源管理單元(pmu)，因?yàn)榕c前代方案相比，它們在電源控制方面發(fā)揮了更活躍得多的作用。

    pmu架構(gòu)：集中式vs.分布式

    當(dāng)設(shè)計(jì)者要決定系統(tǒng)如何劃分時(shí)，必須在集中式與分布式電源分配方案中作出選擇：前者是將單只pmu緊靠系統(tǒng)的主處理器用于實(shí)現(xiàn)所有的電源切換與電壓調(diào)整功能；后者則是每個子系統(tǒng)都擁有自己的pmu。決策過程取決于兩個主要因素：應(yīng)用及響應(yīng)速度，以及所需電源管理的間隔尺度(granularity)。

    在很多應(yīng)用中例如高端多媒體手機(jī)，制造商用一種模塊化方案來增加功能，即在一個基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上增加模塊來實(shí)現(xiàn)某個特定功能，如藍(lán)牙、wi-fi或手機(jī)電視模塊。這種情況下，如果采用集中式pmu架構(gòu)，則各種變種手機(jī)型號中未使用的pmu功能仍會繼續(xù)保留，造成浪費(fèi)。但對于固定架構(gòu)的裝置如mp3播放機(jī)或音樂播放盒，集中式pmu仍是最具成本效益的選擇之一。

    然而，融合