為什么我的處理器漏電？

問：為什么我的處理器功耗大于數據手冊給出的值?

本文引用地址：

http://www.eepw.com.cn/article/201803/376686.htm

　　答：在我的上一篇文章中，我談到了一個功耗過小的器件——是的，的確有這種情況——帶來麻煩的事情。但這種情況很罕見。我處理的更常見情況是客戶抱怨器件功耗大于數據手冊所宣稱的值。

　　記得有一次，客戶拿著處理器板走進我的辦公室，說它的功耗太大，耗盡了電池電量。由于我們曾驕傲地宣稱該處理器屬于超低功耗器件，因此舉證責任在我們這邊。我準備按照慣例，一個一個地切斷電路板上不同器件的電源，直至找到真正肇事者，這時我想起不久之前的一個類似案例，那個案例的“元兇”是一個獨自掛在供電軌和地之間的LED，沒有限流電阻與之為伍。LED最終失效是因為過流，還是純粹因為它覺得無聊了，我不能完全肯定，不過這是題外話，我們暫且不談。從經驗出發，我做的第一件事是檢查電路板上有無閃閃發光的LED。但遺憾的是，這次沒有類似的、昭示問題的希望曙光。另外，我發現處理器是板上的唯一器件，沒有其他器件可以讓我歸咎責任。客戶接下來拋出的一條信息讓我的心情更加低落：通過實驗室測試，他發現功耗和電池壽命處于預期水平，但把系統部署到現場之后，電池電量快速耗盡。此類問題是最難解決的問題，因為這些問題非常難以再現“第一案發現場”。這就給數字世界的問題增加了模擬性的無法預測性和挑戰，而數字世界通常只是可預測的、簡單的1和0的世界。

　　在最簡單意義上，處理器功耗主要有兩方面：內核和I/O。當涉及到抑制內核功耗時，我會檢查諸如以下的事情：PLL配置/時鐘速度、內核供電軌、內核的運算量。有多種辦法可以使內核功耗降低，例如：降低內核時鐘速度，或執行某些指令迫使內核停止運行或進入睡眠/休眠狀態。如果懷疑I/O吞噬了所有功耗，我會關注I/O電源、I/O開關頻率及其驅動的負載。

　　我能探究的只有這兩個方面。結果是，問題同內核方面沒有任何關系，因此必然與I/O有關。這時，客戶表示他使用該處理器純粹是為了計算，I/O活動極少。事實上，器件上的大部分可用I/O接口都沒有得到使用。

　　“等等!有些I/O您沒有使用。您的意思是這些I/O引腳未使用。您是如何連接它們的?”

　　“理所當然，我沒有把它們連接到任何地方!”

　　“原來如此!”

　　這是一個令人狂喜的時刻，我終于找到了問題所在。雖然沒有沿路尖叫，但我著實花了一會工夫才按捺住興奮之情，然后坐下來向他解釋。

　　典型CMOS數字輸入類似下圖：

　　圖1.典型CMOS輸入電路(左)和CMOS電平邏輯(右)

　　當以推薦的高(1)或低(0)電平驅動該輸入時，PMOS和NMOS?FET一次導通一個，絕不會同時導通。輸入驅動電壓有一個不確定區，稱為“閾值區域”，其中PMOS和NMOS可能同時部分導通，從而在供電軌和地之間產生一個泄漏路徑。當輸入浮空并遇到雜散噪聲時，可能會發生這種情況。這既解釋了客戶電路板上功耗很高的事實，又解釋了高功耗為什么是隨機發生的。