La información de esta nota de aplicación se centra en los ahorros de energía disponibles cuando se utiliza la familia ULP. También proporciona información sobre el rendimiento del dispositivo, el análisis del sistema y las comparaciones de diseño, pero con un enfoque en el consumo de energía para los sistemas portátiles.
prólogo
Cada vez que se lanza un nuevo modelo de teléfono móvil, viene con muchas funciones. De hecho, las innovaciones realizadas en los teléfonos inteligentes a lo largo de los años han aumentado significativamente con la competencia entre los fabricantes. Pero quizás la característica más deseable que todos los consumidores buscan en sus dispositivos móviles es reducir drásticamente la cantidad de energía consumida por la batería.
La introducción de la familia TinyLogic ULP (Ultra Low Power) de Fairchild Semiconductor permite un nuevo nivel de rendimiento de bajo consumo para diseños que requieren una portabilidad óptima. La familia ULP ofrece hasta un 50 % menos de consumo de energía en comparación con otras familias lógicas de bajo voltaje. ULP ofrece ahorros de energía significativos a través de un diseño innovador y tecnología de proceso para ayudar a satisfacer la demanda del mercado portátil de mayor duración de carga de batería y ciclo de vida. Las aplicaciones portátiles comunes que pueden beneficiarse de ULP incluyen teléfonos celulares, computadoras portátiles, PDA, cámaras digitales y todos los demás sistemas basados en baterías.
calculo de potencia
Para ver y comparar el consumo de energía de los dispositivos lógicos, aquí hay un resumen de las ecuaciones necesarias para calcular el consumo de energía. Después de revisar los factores de potencia, se usa un ejemplo de cálculo para demostrar el consumo de energía de la aplicación.
El consumo de energía del dispositivo lógico se obtiene utilizando las especificaciones de la hoja de datos publicada y los parámetros externos. Hay dos elementos básicos de fuerza que deben ser considerados. Son de naturaleza estática y dinámica, o CC y CA. La suma de estos factores da la potencia total consumida por el dispositivo. Además, las características de resistencia térmica del paquete deben usarse junto con la disipación de energía del dispositivo para garantizar que la temperatura del dispositivo no exceda la temperatura máxima absoluta de unión.
La siguiente información sobre el consumo de energía se aplica a la tecnología CMOS. CMOS es la tecnología de elección para las aplicaciones de bajo consumo de hoy en día. Esto se debe a que los dispositivos CMOS consumen mucha menos corriente que los dispositivos bipolares durante un estado inactivo o estático. La impedancia de entrada CMOS generalmente supera los 1012 ohmios para minimizar el consumo de corriente de entrada. Para aplicaciones CMOS, la energía estática es un porcentaje muy pequeño de la energía total, pero la conmutación durante la operación del sistema requiere cargar y descargar capacitancias internas y externas. Esta alternancia del dispositivo, la introducción de componentes de frecuencia, constituye una potencia dinámica.
Reducción de potencia en aplicaciones portátiles
A medida que se incluye más funcionalidad en las aplicaciones portátiles, la disponibilidad de tecnología de semiconductores de baja potencia se vuelve cada vez más importante. ULP es el siguiente nivel para la próxima generación de productos de puerta única de baja potencia y alta velocidad. Las figuras a continuación son útiles para la comparación con otras familias lógicas de puerta única. Además de reducir el voltaje del terminal de la batería, ULP puede prolongar la carga y la vida útil de la batería.
Se puede usar una aplicación popular para ilustrar cómo ULP TinyLogic reduce la energía en los diseños portátiles. Los teléfonos móviles pueden incorporar muchas funciones de puerta única en sus diseños para realizar operaciones lógicas. Las soluciones comúnmente vistas son:
1. Almacenamiento en búfer de señales débiles o distorsionadas
2. Divide la señal del reloj por 2
3. Sincronización de datos por señal de reloj
4. Provisión de la función de activación para la prueba de ruta de escaneo
5. Cómoda inversión de la señal de habilitación
Fuente de alimentación para aplicaciones de telefonía móvil
Un teléfono móvil consta de cuatro secciones funcionales. Las puertas individuales generalmente encajan en la sección digital junto con las funciones DSP y ASIC. En modo de espera, la sección digital puede consumir hasta un 10% de la energía total del teléfono. Reducir la corriente de espera es clave para mejorar la eficiencia de los diseños de teléfonos. La potencia estática muy reducida de ULP aborda directamente este problema.
La lógica del teléfono celular puede consumir hasta un 33% del presupuesto de energía de la sección digital. En comparación, ULP consume alrededor del 11 % de la energía en la sección digital. Esta es una reducción de potencia del 66%.
La aplicación de teléfono móvil utilizada en nuestro análisis contiene seis dispositivos de puerta única. Los dispositivos y las cantidades que se encuentran en el teléfono son 2-NC7S04, 2-NC7SZ04 y 2-NC7SZ08, para un total de 6 dispositivos TinyLogic. En la aplicación, estos dispositivos manejan cargas capacitivas pequeñas, que generalmente consisten en una pista en cortocircuito de menos de 1 pulgada (aproximadamente 5pF) y la capacitancia de una sola entrada CMOS igual a 5pF. La combinación de estos parámetros produce una carga de aproximadamente 10pF. Los teléfonos móviles suelen operar en frecuencias por debajo de 10 MHz en la sección digital. Estos números se utilizan para analizar la potencia digital consumida y comparar ULP con la lógica de puerta única estándar.
El siguiente análisis de consumo de energía compara el consumo de energía usando ULP con dispositivos TinyLogic HS y UHS comparables en aplicaciones celulares.
Parámetros utilizados para el análisis de potencia:
CCV: 3,3 V
Carga capacitiva: 10pF
Frecuencia: 10MHz
El análisis muestra que, en las mismas condiciones, ULP TinyLogic consume un 27 % menos de energía en las aplicaciones que las tecnologías HS y UHS TinyLogic.