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半导体节能方案攻略

发布时间:2020-06-30 19:04:19 阅读: 来源:淘气堡厂家

对于半导体行业来说,节能降耗的方法很多,就像我们吃食物,可以改良制造工艺(消耗少),也可以进行电源管理,(吃得少),还可以从寻找新能源(新食物)角度开展。

本文引用地址:改良工艺

在自身设计改进方面,半导体的节能降耗最根本的办法是提升制程工艺,在功耗不变的前提下,如果能提高半导体的集成度,其实就意味着提升了产品的能效比。Altera公司半导体技术专家相奇博士介绍,该公司将在2008年底前推出40nm工艺的FPGA产品,相比于标准的45nm制程,40nm产品在速度上提升了10%的同时,还能有效降低10%的功耗,这非常切合现在高速传输和更低功耗的FPGA应用,比如超过10Gbit/s的高速传输应用。40nm工艺也更能满足客户对功耗、性能、面积和成本之间的综合需求。

照片1 Altera技术经理——相奇博士。

电源管理

降低终端产品功耗(电源管理)同样是半导体对节能降耗的重要贡献。电源管理包括硬件和软件等手段来实现。直接的硬件调节主要靠电源管理芯片/功率器件,微控制器/FPGA/ASIC/SoC等通过优化软件来控制和实现。

在电源管理方面,日常的光源照明是电能消耗重要部分,在节能照明方面取得重大突破的产品同样可以快速抢占市场。节能灯不可调光是制约节能灯取代白炽灯的主要原因之一,随着澳大利亚、北美和欧洲相继强制推行节能灯计划,节能灯调光成为新趋势,据统计,节能灯调光10%可节电25%左右。

针对目前节能灯普遍无法调光的现状,IR公司推出了用于节能调光荧光灯镇流器应用的IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC。据IR高级产品经理黄赞介绍,2530D可以提供一种多级和三路紧凑型荧光灯(简称CFL)应用方案,在一个引脚集成了调光控制功能,可以与原有方案进行直接替换,同时可实现紧凑型荧光灯及线性镇流器多达10%的调光系统性能。整体成本与现有不可调光方案差距在10%左右。采用半桥式驱动器的IRS2158D适用于需要调光性能超过于10%的应用,该元件具有全面的保护功能,如防止灯泡无法点亮、灯丝故障和灯泡报废保护,非常适合包括日渐流行的T5灯泡在内的薄型灯。

照片2 镇流器用IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC

当待机能耗进一步降低时,仅仅靠低功耗的IC和电源管理芯片已经不足够。据NXP大中华区多重市场半导体高级产品市场经理金宇杰介绍,一些能耗达到0.3W的家电(例如彩电)可通过低功耗的微控制器(MCU)来控制一些功能的关闭和开启,NXP的芯片已经应用在很多彩电上。

照片3 NXP大中华区多重市场半导体高级产品市场经理金宇杰

为了降低FPGA/ASIC及一些大型(SoC)的功耗,也通过功耗管理软件来实现功耗管理。例如Altera在其FPGA产品中集成了可编程功耗管理技术,根据栅的不同的工作状态,用软件来控制背栅电压:只有在关键处理部分和高速传输部分加强电压;控制其他工作状态的电压,进而实现整体功耗的降低。

从自然界采集能源

人们正在研制能从光、振动乃至体温中采集能源,并创建无需电池就能永续运行的产品。如果部分微处理器/微控制器能够靠环境能源来为其供电的话,这将对我们的环境有重要而深远的影响。TI等公司研发的MCU已将消费类电子与工业应用的电池使用寿命进一步延长至 10 年、20 年,甚至在某些情况下完全不需要外接电源,例如靠太阳能电池板、振动能等。

据TI MSP430中国区业务拓展经理刁勇介绍,凭借MSP430的内核、高集成度以及智能外设,在超低功耗应用中已有时日。随着2008年底推出的CC430技术平台,可将MSP430与TI的无线射频(RF)技术集成在单芯片上,使其成为了能源采集设计人员的选择之一。

照片4 从自然界中采集能源

TI介绍了一些无线能源采集应用案例:

桥梁 TI在与其它公司合作,将能源采集变为人们日常生活的一部分。比如,AdaptivEnergy公司已开发出一个能采集振动产生的能源,来驱动传感器并把信息发送到采集点的模块。因为驶过桥梁的车辆的振动可以转化能源,可为监测桥梁结构整体性的传感器供电。这样有关桥梁状况的信息可以及早得到反馈,防止由于结构性能差而造成的事故,确保安全并降低维护成本,甚至可以监测到异常振动,预警地震或其它自然灾害。有朝一日这种振动还可以为桥梁照明供电。

办公室格子间 目前,大多数办公室都采用临时性的格子间,无法实现每个格子的温度调节和照明控制。如果有某种无线传感器可以通过环境光线提供的能源运行,并与建筑的 HVAC(高压交流电)系统对话,控制自己格子间的温度。这样就可以实现更加理想的温度调节和照明控制,进而实现更高的工作效率。

医疗电子 今天在医院看到的插在病人身上的管管线线将不复存在。未来,将有一种贴在皮肤上的传感器靠人的体温提供的能量就能测量体温、血压、心率、血液含氧量等指标,然后把数据无线发送到护士站或医生处。我们还可以设想,将会出现一种永远不需要更换电池的永久性植入式起搏器。

汽车电子、手机、玩具 未来车上的传感器能通过收集振动或热量来驱动,并在故障发生前发送诊断信息予以警告;有一天手机可以靠环境光线提供的能源给电池充电,不再需要插在插座上充电;孩子们的玩具将不再需要更换电池。

结语

实际上,能源采集是一个令人振奋的全新领域,存在无尽的可能性。只要我们共同携手,能让整个领域变得更智能、健康、安全、绿色和乐趣恒生。

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