??? 衡量汽車優(yōu)劣的指標(biāo)其實(shí)非常簡(jiǎn)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(jìn)行評(píng)估。由于汽油價(jià)格不斷攀升，而汽油是目前最方便攜帶的能量?jī)?chǔ)存載體，因此這個(gè)燃油效益指標(biāo)便顯得日益重要。基本上，這個(gè)指針的背后理念與電子系統(tǒng)的性能/功率比不謀而合。對(duì)于工程師來說，這個(gè)概念可以有兩個(gè)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(jì)效益(亦即更低的能源支出)，但另一方面，也可延長(zhǎng)電池壽命?(亦即便攜式錄音機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間播放音樂)。低功耗還有另一不大明顯的優(yōu)點(diǎn)，那就是電子產(chǎn)品的使用壽命較長(zhǎng)，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(zhǎng)，總體成本也越少，因?yàn)闊o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(jì)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(jī)頂盒便是個(gè)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(jì)" title="系統(tǒng)設(shè)計(jì)">系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能對(duì)性能方面有更嚴(yán)格的要求，例如一直使用的標(biāo)準(zhǔn)清晰度機(jī)頂盒會(huì)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(jī)頂盒。這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)大部分都保持不變，例如功率及外型大小沒有變動(dòng)，但部分規(guī)定則需要修改，這是新設(shè)計(jì)的困難之處。要成功實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shì)。

結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)的相對(duì)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(jìn)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(yùn)算放大器，而且還成功開發(fā)低電壓差分信號(hào)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(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)所需的設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)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(yuǎn)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(diǎn)，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(dú)衡量芯片本身的規(guī)格參數(shù)，性能/功率比這個(gè)指針不一定能夠充分顯示芯片的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)的自適應(yīng)射頻功率發(fā)射功能便是一個(gè)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(jī)輸出級(jí)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(biāo)準(zhǔn)，以決定某一芯片應(yīng)否歸入?PowerWise系列之內(nèi)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很簡(jiǎn)單，我們只需知道該芯片是否有設(shè)計(jì)工具" title="設(shè)計(jì)工具">設(shè)計(jì)工具協(xié)助簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)流程便可。部分芯片必須倚靠設(shè)計(jì)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(jì)工具設(shè)計(jì)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(jì)工具根據(jù)輸入的數(shù)字進(jìn)行計(jì)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(gè)好例子。這系列芯片可獲?WEBENCH設(shè)計(jì)工具支持，工程師可以利用這套工具精簡(jiǎn)及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shí)

?

??? 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(dòng)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(dá)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(shí)時(shí)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(shí)，又可將功耗減至最少，讓兩次充電之間的操作時(shí)間可以大幅延長(zhǎng)。

??? 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(dòng)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(yán)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(gè)問題，以便大幅降低靜態(tài)功耗，這樣不但可以延長(zhǎng)電池的操作時(shí)間，而且還可降低系統(tǒng)的整體功耗。

參考設(shè)計(jì)

??? 對(duì)于工程師來說，參考設(shè)計(jì)" title="參考設(shè)計(jì)">參考設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)橛嘘P(guān)建議可以幫他們改善構(gòu)思中的設(shè)計(jì)，尤其是工程師要同時(shí)兼顧功耗與性能。許多棘手的設(shè)計(jì)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(jì)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(yàn)，并利用這些知識(shí)建立了一個(gè)參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，讓工程師可以參考不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從中明白怎樣的設(shè)計(jì)才可確保系統(tǒng)能充分發(fā)揮其性能。ADC083000參考設(shè)計(jì)是這個(gè)數(shù)據(jù)庫最新添加的一款設(shè)計(jì)，這款設(shè)計(jì)不但采用全套可支持測(cè)量?jī)x表如示波器及自動(dòng)化測(cè)試儀器的仿真前端?(AFE)電路，而且其中的信號(hào)路徑還采用?PowerWise系列的全新?LMH6555?1.2?GHz差分驅(qū)動(dòng)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(shí)解決方案搭配一起，成為設(shè)計(jì)全新測(cè)量?jī)x表設(shè)備的卓越開發(fā)平臺(tái)。

從電子郵件到串流視頻?–?展望將來

??? 為何?PowerWise的能源效率指標(biāo)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(gè)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(dāng)時(shí)傳送的文件大部分屬于采用文本格式的電子郵件。此外，當(dāng)時(shí)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(hào)壓縮技術(shù)獲得進(jìn)一步改善，互聯(lián)網(wǎng)的音頻信號(hào)傳送量也相應(yīng)增加，令有限的帶寬更加不能滿足消費(fèi)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%。

???

??? HTTP文件傳輸量首次超過對(duì)等式?(P2P)文件如電子郵件的傳輸量。消費(fèi)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(gè)需求不但刺激網(wǎng)絡(luò)基建的換代更新，也會(huì)影響手機(jī)及其它終端裝置的未來發(fā)展。手機(jī)必須引進(jìn)先進(jìn)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(hào)必須完整無缺。加上實(shí)時(shí)傳送視頻必須利用局部壓縮技術(shù)(目前許多手機(jī)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(gè)極為沉重的負(fù)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(hào)。屆時(shí)，大部分便攜式電子產(chǎn)品將可支持錄像、播放及實(shí)時(shí)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(shí)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(kuò)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(gè)新形勢(shì)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，性能/功率比是證明系統(tǒng)能否配合這個(gè)發(fā)展的重要考慮因素。

總結(jié)
?

??? 為了滿足市場(chǎng)需求，新一代的電子產(chǎn)品必須能夠支持串流視頻，以及實(shí)時(shí)提供可用帶寬，而且其中的存儲(chǔ)器必須有極大的容量，但實(shí)現(xiàn)這些功能的一切必要資源則極為有限。根據(jù)美國運(yùn)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(dá)?30MPG。此外，今日的“大馬力”跑車大都裝設(shè)了高達(dá)500匹馬力的氣缸，但每加侖的行走哩數(shù)仍然相當(dāng)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(hào)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?