??? 衡量汽車優(yōu)劣的指標其實非常簡單，我們只需根據(jù)每加侖汽油的行走哩數(shù)?(MPG)或每公升汽油的千米數(shù)?(KPL)便可進行評估,。由于汽油價格不斷攀升,，而汽油是目前最方便攜帶的能量儲存載體，因此這個燃油效益指標便顯得日益重要,?；旧希@個指針的背后理念與電子系統(tǒng)的性能/功率比不謀而合,。對于工程師來說,，這個概念可以有兩個不同的詮釋：亦即功耗可以很低但熱能耗散量則極高；另一方面,，也可解釋為同樣的功耗可以支持更高的性能,。
降低功耗有明顯的好處,，例如，更符合經(jīng)濟效益(亦即更低的能源支出),，但另一方面,，也可延長電池壽命?(亦即便攜式錄音機可以長時間播放音樂)。低功耗還有另一不大明顯的優(yōu)點,，那就是電子產(chǎn)品的使用壽命較長，減少因電子零件過度受熱而令器件很易受損,。環(huán)境溫度越低,，產(chǎn)品或系統(tǒng)的使用壽命就越長，總體成本也越少,，因為無需經(jīng)常添購新產(chǎn)品替換損壞的舊產(chǎn)品,。

??? 部分電子裝置必須沿用原有的設(shè)施或符合原有的規(guī)定，例如在原來的地方安裝采用全新設(shè)計的產(chǎn)品,，但功率與散熱能力要符合原來的規(guī)定,。安裝有線電視的機頂盒便是個典型的例子。新裝置的外型大小可能與上一代的產(chǎn)品大致相同或較小,，而直接影響散熱量的功率則可能沒有分別或稍低,，但新的系統(tǒng)設(shè)計" title="系統(tǒng)設(shè)計">系統(tǒng)設(shè)計可能對性能方面有更嚴格的要求，例如一直使用的標準清晰度機頂盒會慢慢被淘汰,，取而代之的是具備數(shù)字錄像?(DVR)?功能的高清晰度機頂盒,。這些產(chǎn)品的設(shè)計大部分都保持不變，例如功率及外型大小沒有變動,，但部分規(guī)定則需要修改,，這是新設(shè)計的困難之處。要成功實現(xiàn)這個設(shè)計,，系統(tǒng)設(shè)計工程師必須采用性能更高,、但功耗則相同或更低的組件。在這種應(yīng)用情況下,，性能/功率比越高便越能發(fā)揮其優(yōu)勢,。

結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)的相對重要性

??? 美國國家半導(dǎo)體一直很理解工藝技術(shù)的重要性。芯片產(chǎn)品的質(zhì)量是否穩(wěn)定,，芯片能否以最低的功率發(fā)揮最高的性能,，工藝技術(shù)的先進與否發(fā)揮很大的作用。美國國家半導(dǎo)體一直致力于開發(fā)創(chuàng)新的工藝技術(shù),，不但率先推出業(yè)界首款?CMOS運算放大器,，而且還成功開發(fā)低電壓差分信號傳輸?(LVDS)通信芯片及低壓降穩(wěn)壓器。芯片帶寬是否夠高,，漏電量是否極少,，這是決定半導(dǎo)體產(chǎn)品能否發(fā)揮卓越性能的關(guān)鍵因素,。但這只是問題的一半。

??? 實現(xiàn)芯片設(shè)計所需的設(shè)計技巧及專利技術(shù)也非常重要,，其重要性甚至不下于工藝技術(shù),。以美國國家半導(dǎo)體最新推出的?ADC083000仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器為例來說，這款?PowerWise超高速,、1?GSPS以上的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用創(chuàng)新的折迭式轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu),，其優(yōu)點是只需不足?2W的功率便可支持3?GSPS的采樣率，因此可大幅降低功耗,，整體功耗遠低于其它轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如快閃轉(zhuǎn)換器,。折迭式結(jié)構(gòu)也具有靈活調(diào)整工作量的優(yōu)點，相比之下,，快閃轉(zhuǎn)換器的分辨度每提高1位,，功耗便上升一倍。

系統(tǒng)性能與芯片性能的相互關(guān)系

??? 若單獨衡量芯片本身的規(guī)格參數(shù),，性能/功率比這個指針不一定能夠充分顯示芯片的優(yōu)點,，例如，芯片可以降低系統(tǒng)功耗的能力便無法充分顯示出來,。手機的自適應(yīng)射頻功率發(fā)射功能便是一個好例子(參看圖1),。只要采用?LM3208芯片搭配LMV228功率檢波器，便可大幅降低功率放大器的直流功率?(Pdc),。由于這兩款芯片可以大幅降低手機輸出級的功耗,，因此美國國家半導(dǎo)體已將這兩款芯片歸入?PowerWise?系列產(chǎn)品之內(nèi)。?

提高效率的工具

??? 美國國家半導(dǎo)體還有另一標準,，以決定某一芯片應(yīng)否歸入?PowerWise系列之內(nèi),。這個標準很簡單，我們只需知道該芯片是否有設(shè)計工具" title="設(shè)計工具">設(shè)計工具協(xié)助簡化其設(shè)計流程便可,。部分芯片必須倚靠設(shè)計工具,，才可將其性能/功率比提升。除了大部分開關(guān)穩(wěn)壓器之外,，還有很多其它產(chǎn)品都屬于這類芯片,。工程師可以利用?WEBENCH??設(shè)計工具設(shè)計電源供應(yīng)系統(tǒng)，他們只需利用其中的按鈕輸入要求的性能,，讓設(shè)計工具根據(jù)輸入的數(shù)字進行計算,，以確定相關(guān)參數(shù)大小(例如組件大小)，以便工程師可以在各相關(guān)因素之間作出明智的抉擇,。第?4代?PowerWise?SIMPLE?SWITCHER?系列芯片?(即?LM25576)便是個好例子,。這系列芯片可獲?WEBENCH設(shè)計工具支持，工程師可以利用這套工具精簡及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計,，例如可以按照自己的要求在轉(zhuǎn)換效率及方案大小之間作出取舍?(參看圖?2),。

專利技術(shù)及系統(tǒng)知識

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??? 美國國家半導(dǎo)體一直致力提供各式各樣的系統(tǒng)解決方案,，以提高仿真電路以至數(shù)字核心的性能/功率比。許多移動電話的數(shù)字核心都采用美國國家半導(dǎo)體的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)?(AVS)技術(shù),。由于這種技術(shù)可以支持處理器及外置的電源管理單元?(PMU)如?LP5552,，因此是真正的系統(tǒng)解決方案。處理器核心可以利用這種專利技術(shù),，不斷監(jiān)控系統(tǒng)的性能,，然后靈活調(diào)整供電電壓及偏壓，以便大幅降低數(shù)字處理器的功耗,，降幅甚至高達70%,。采用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的?PowerWise產(chǎn)品可以不斷

??? 實時調(diào)整工作電壓，以確保系統(tǒng)可以發(fā)揮最高性能的同時,，又可將功耗減至最少，讓兩次充電之間的操作時間可以大幅延長,。

??? 由于數(shù)字工藝技術(shù)越趨精密,，加上芯片體積不變而晶體管的數(shù)目則不斷增加，因此靜態(tài)功耗所占的耗電比重已超越動態(tài)功耗,。以前的芯片都采用90?nm以上的工藝技術(shù)制造,，因此內(nèi)部電路的漏電情況還不十分嚴重。但現(xiàn)在的工程師要開發(fā)更精密的工藝,，因此采用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的PowerWise解決方案可以幫他們解決這個問題,，以便大幅降低靜態(tài)功耗，這樣不但可以延長電池的操作時間,，而且還可降低系統(tǒng)的整體功耗,。

參考設(shè)計

??? 對于工程師來說，參考設(shè)計" title="參考設(shè)計">參考設(shè)計非常重要,，因為有關(guān)建議可以幫他們改善構(gòu)思中的設(shè)計,，尤其是工程師要同時兼顧功耗與性能。許多棘手的設(shè)計問題,，例如選擇適用組件,、正確的組件擺放位置、以至布局與布線,，都可在這些參考設(shè)計中找到答案,。

??? 美國國家半導(dǎo)體一直致力于協(xié)助客戶開發(fā)高性能的仿真系統(tǒng)，從中累積了豐富的經(jīng)驗,，并利用這些知識建立了一個參考設(shè)計數(shù)據(jù)庫,，讓工程師可以參考不同的系統(tǒng)設(shè)計，從中明白怎樣的設(shè)計才可確保系統(tǒng)能充分發(fā)揮其性能,。ADC083000參考設(shè)計是這個數(shù)據(jù)庫最新添加的一款設(shè)計,，這款設(shè)計不但采用全套可支持測量儀表如示波器及自動化測試儀器的仿真前端?(AFE)電路,，而且其中的信號路徑還采用?PowerWise系列的全新?LMH6555?1.2?GHz差分驅(qū)動器。這款組件可與美國國家半導(dǎo)體的超高速?ADC083000數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器及定時解決方案搭配一起,，成為設(shè)計全新測量儀表設(shè)備的卓越開發(fā)平臺,。

從電子郵件到串流視頻?–?展望將來

??? 為何?PowerWise的能源效率指標那么重要？我們可以利用一些一般人都熟悉的事例解釋這個問題,。早于1990年代初,，我們便已利用互聯(lián)網(wǎng)傳送容量較小的文件，而當時傳送的文件大部分屬于采用文本格式的電子郵件,。此外,，當時也剛開始采用超文本傳送協(xié)議?(HTTP)，讓采用?HTML?格式編碼而內(nèi)容更豐富的數(shù)據(jù)也可在網(wǎng)上傳送,。由于萬維網(wǎng)?(WWW)?的出現(xiàn),，而電子商務(wù)也開始日趨普及，因此互聯(lián)網(wǎng)便要傳送更大量的數(shù)據(jù),，其中包括相片以及容量極大的數(shù)據(jù)內(nèi)容,。隨著?MPEG?1?Layer?3?或?MP3?音頻信號壓縮技術(shù)獲得進一步改善，互聯(lián)網(wǎng)的音頻信號傳送量也相應(yīng)增加,，令有限的帶寬更加不能滿足消費者的要求,，逼使業(yè)界全力開發(fā)新技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速度,。

?? 串流視頻是近年才在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的全新數(shù)據(jù)類別,，其特性是占用極大的帶寬。根據(jù)?Ellacoya?Networks公司于2007年6月發(fā)表的最新調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,，YouTube?網(wǎng)站占?HTTP?總傳輸量的?20%,，亦即占互聯(lián)網(wǎng)總傳輸量約10%。

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??? HTTP文件傳輸量首次超過對等式?(P2P)文件如電子郵件的傳輸量,。消費者希望互聯(lián)網(wǎng)可以大幅提高其傳輸量,，讓他們可以傳送更大量的視頻數(shù)據(jù)。這個需求不但刺激網(wǎng)絡(luò)基建的換代更新,，也會影響手機及其它終端裝置的未來發(fā)展,。手機必須引進先進的譯碼技術(shù)，才可支持視頻串流功能,，而且傳送的音頻信號必須完整無缺,。加上實時傳送視頻必須利用局部壓縮技術(shù)(目前許多手機都已采用這種技術(shù))，以上的這些新功能耗電不少,，因此成為系統(tǒng)電源供應(yīng)一個極為沉重的負擔(dān),。

??? 在不久的將來，互聯(lián)網(wǎng)上傳送的信息大部分都屬于串流視頻與音頻信號。屆時,，大部分便攜式電子產(chǎn)品將可支持錄像,、播放及實時傳送串流視頻等功能，而這些便攜式電子產(chǎn)品的帶寬必須極高,，延遲時間則必須極低,，才可支持這些視頻功能。網(wǎng)絡(luò)的基建設(shè)備必須大幅擴容,，而且基站的處理能力也必須有大幅的提升,，才可配合這個新形勢。對于系統(tǒng)設(shè)計來說,，性能/功率比是證明系統(tǒng)能否配合這個發(fā)展的重要考慮因素,。

總結(jié)
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??? 為了滿足市場需求，新一代的電子產(chǎn)品必須能夠支持串流視頻,，以及實時提供可用帶寬,，而且其中的存儲器必須有極大的容量，但實現(xiàn)這些功能的一切必要資源則極為有限,。根據(jù)美國運輸部的數(shù)據(jù)顯示,，1970年代在美國公路上行走的汽車的平均每加侖行走哩數(shù)只有?12MPG，但今日的汽車雖然仍然采用與?35年前相同的汽油,，但每加侖的行走哩數(shù)則輕易高達?30MPG。此外,，今日的“大馬力”跑車大都裝設(shè)了高達500匹馬力的氣缸,，但每加侖的行走哩數(shù)仍然相當高。這正是提高性能/功率比的目的,。提高芯片的性能/功率比也可產(chǎn)生同樣的效益,，例如，美國國家半導(dǎo)體的?PowerWise系列產(chǎn)品便可提高處理器核心以至整條信號路徑的系統(tǒng)性能,。

??? 如欲查詢有關(guān)?PowerWise?解決方案,，可瀏覽：national.com/CHS/powerwise?