功耗的系統成本

系統功率越大，所需要的電源電壓也越高，成本也就更昂貴，由此產生的影響涉及到電源總線、板上旁路電容、母板布線、電源線濾波器甚至電源電纜和熔絲等。另外，較大的供電電源需要更多的空間，因此可能會影響到系統的總體封裝。

電池尺寸、重量和成本取決于系統對整體功率的要求以及每次充電所要求的工作時間。一般情況下，電池越大成本越高。備份電池和充電器在尺寸與重量方面可能與原設備相當，因此會嚴重影響設備的便攜性。

供電可以用“美元/W”來表示成本。系統整體功率要求得越低，在電源方面開銷就越少。同時小型電源產品占用空間小，自身功率消耗得也較少，因此會對系統整體功耗有益。

小型電子系統的熱量管理要求許多不同的功能，但也許不容易做到。因為，系統可能沒有足夠的空間或電力來放置冷卻元件，而一些系統也許不能容忍冷卻元件引起的噪聲以及電子噪聲。封裝外形的限制也可能迫使所有產熱元件集中在一個小塊區域，這樣會加重散熱問題，當一個發熱的塑料外殼電子設備置于膝上時，用戶可能會感到不舒適。為了進行散熱而使設備敞開運行對在線操作(line-operated)系統來說也是不允許的，對銷往歐洲的系統尤其如此。

其它問題包括風扇與另外一些散熱元件的成本，當需要加速空氣流通時成本也會相應增加；散熱器與排熱管有助于熱源熱量的散發，但仍需將熱量從系統中排除出去。

低成本的塑料封裝不能適應高集成度IC的高功率特性要求，這迫使其采用具有熱量管理功能的昂貴封裝或其它更復雜的冷卻系統。

低功率電路的實現方案

IC工業正尋求多種途徑來滿足低功率系統要求，其中一個途徑是將數字器件的工作電壓從5V變為3.3V，將模擬器件的電源電壓從±15V變為5V單電源。這些改變歸功于先進的硅片技術與電路結構。Atmel公司市場部副總裁Katz說，未來數字芯片工作電壓的發展趨勢將是2.5V、1.8V甚至更低的電壓，它們均是0.9V(電池電壓的最低極限)的倍數。器件的復雜度、更高的工作頻率和器件物理性質將共同促進這一發展趨勢，屆時亞微米幾何尺寸的更小型器件所具有的較薄氧化層將難以承受更高的電源電壓。

ASIC廠商為滿足低功率系統要求，還會采取在產品中增加3V內核單元和宏的方法。這些產品經過優化能同時工作在3V或5V電源下，并具有相同的性能指標，利用特殊的接口單元，它們仍保留有5V電源接口。據AT&T貝爾實驗室的Harrington說，影響供電電壓快速更新換代的最大障礙在于，現有的大量系統都采用5V電源，這些系統要求產品保留與其它5V(TTL)接口的后向兼容性。

此外，在系統設計中，粗略評估速度，并在可能的情況下適當改變元件的選擇，也可以降低功率。

下列方案可供選擇：

1. 降低工作電壓。當電壓從5V降低為3V時功耗將減少60%。

2. 采用智能電源。在系統中增加適當的智能預測、檢測，并僅在需要時才對系統供電。許多膝上型電腦及其電源管理就具有這種特殊的機制，只給需要工作的電路加電，并在不必要時降低時鐘速率。

3. 采用較低的時鐘速率。由于CMOS電路中功率是開關頻率的函數，因此較低的時鐘速率下器件的功耗也較小。

4. 對輸入信號作出限制。在模擬電路(包括A/D轉換器)中，限制輸入信號的帶寬有助于減少對高速電路的要求，如果有可能降低A/D轉換器的速率,也能減少功耗。

5. 對I/O進行設置，使它只在工作時消耗功率。但從不工作狀態到工作狀態的轉換需要較長的時間，另外一個副作用是可能產生與輸出電路有關的額外漏電流，使輸出電壓降至電源的一半，并使其它輸出電路處于很高的漏電交叉工作區域。

6. 擴大輸出范圍。對于許多ASIC來說，設計輸出電路僅用于驅動一個標準IC。通過重新調整電路使其足以驅動封裝和板上的寄生元件，并留出風扇負載的安全余量，這樣可以減小輸出電路尺寸和功率。

7. 改用其它技術。BiCMOS電路綜合了CMOS器件和雙極性器件的優點，它是工藝復雜性更高以及成本更高的最佳折衷方案。GaAs器件也能滿足較低功耗和較高速度的要求，適用于那些以速度為主要設計目標的高價系統。

半導體制造商正在開發新的設計技術以滿足特殊功率要求，同時仍保證電路的性能指標要求。摩托羅拉半導體公司應用工程師Pivot說，最終的目標是電路工作電壓小于1V，最后的極限值將取決于決定器件最小尺寸的器件工藝水平。低功率電路仍是人們需要深入調查研究的對象，在提高性能的同時降低功耗將是他們努力實現的目標。

系統設計者必須具備在有限的功率指標下實現更高電路性能的能力，另外還要滿足基本的系統性能指標要求、成本目標和上市時間要求。不過，設計者仍需要仔細分析系統中所有部件的功率情況。用于優化功耗設計的新工具和新技術有助于改善設計環境，并使設計者的工作更加輕松。?