芯片對功耗的苛刻要求源于產(chǎn)品對功耗的要求。集成電路的迅速發(fā)展以及人們對消費類電子產(chǎn)品的需求日新月異，使得設計者對電池供電的系統(tǒng)已不能只考慮優(yōu)化速度和面積，而必須注意越來越重要的第三個方面——功耗，這樣才能延長電池的壽命和電子產(chǎn)品的運行時間。很多設計抉擇可以影響系統(tǒng)的功耗，包括從器件選擇到基于使用頻率的狀態(tài)機值的選擇等。

1、功耗的組成

功耗一般由兩部分組成：靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。靜態(tài)功耗主要是晶體管的漏電流引起，由源極到漏極的漏電流以及柵極到襯底的漏電流組成；動態(tài)功耗主要由電容充放電引起，其主要的影響參數(shù)是電壓、節(jié)點電容和工作頻率。

2、降低功耗帶來的好處

① 低功耗的器件可以實現(xiàn)更低成本的電源供電系統(tǒng)。另外，更簡單的電源系統(tǒng)意味著更少的元件和更小的PCB面積，同樣可以降低成本。

② 更低的功耗引起的結溫更小，因此可以防止熱失控，可以少用或不用散熱器，如散熱風扇、散熱片等。

③ 降低功耗可以降低結溫，而結溫的降低可以提高系統(tǒng)的可靠性。另外，較小的風扇或不使用風扇可以降低EMI。

④ 延長器件的使用壽命。器件的工作溫度每降低10 ℃，使用壽命延長1倍。所以對于FPGA而言，降低功耗的根本在于直接提高了整個系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，并減小了體積，降低了成本，對產(chǎn)品有著非常大的促進作用。

3、如何降低FPGA功耗

FPGA主要的功耗是由靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗組成，降低FPGA的功耗就是降低靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。FPGA動態(tài)功耗主要體現(xiàn)為存儲器、內(nèi)部邏輯、時鐘、I/O消耗的功耗。

① 選擇適當?shù)?I/O標準可以節(jié)省功耗。I/O功耗主要來自器件輸出引腳連接的外部負載電容、阻抗模式輸出驅(qū)動電路以及外部匹配網(wǎng)絡的充放電電流。可選擇較低的驅(qū)動強度或較低的電壓標準。

當系統(tǒng)速度要求使用高功率 I/O標準時，可設置缺省狀態(tài)以降低功耗。有的I/O標準需要使用上拉電阻才能正常工作，因此如果該 I/O的缺省狀態(tài)為高電平而不是低電平，就可以節(jié)省通過該終結電阻的直流功耗。

② 當總線上的數(shù)據(jù)與寄存器相關時，經(jīng)常使用片選或時鐘使能邏輯來控制寄存器的使能，盡早對該邏輯進行“數(shù)據(jù)使能”，以阻止數(shù)據(jù)總線與時鐘使能寄存器組合邏輯之間不必要的轉(zhuǎn)換。另一種選擇是在電路板上，而不是芯片上，進行這種“數(shù)據(jù)使能”，以盡可能減小處理器時鐘周期。也就是使用 CPLD從處理器卸載簡單任務，以便使其更長時間地處于待機模式。

編輯：jq