陆小曼|MEMS硅晶振如何延长让移动设备待机更长随着越来越复杂的智能手机和移动设备提

随着越来越复杂的智能手机和移动设备提供更多功能以及对数据，新闻和娱乐的不间断的即时访问，消费者正在花更多的时间在其设备上，用户要求更快的连接速度，多核Ghz +应用处理器和高清分辨率触摸屏，同时期望一次充电可以持续更长的时间。移动设备设计人员必须仔细考虑如何满足延长电池寿命的矛盾要求，同时支持更快，更耗电的处理器和LCD屏幕。设计选项通常分为两大类：1.降低总体功耗，或2.增加电池容量。
在过去的十年中，电池和显示技术未能跟上半导体设计和工艺的指数级发展。由于MID的空间和重量的限制，使用当前的电池技术只能增加电池容量。设计人员只能采用创造性的方法来降低总体功耗。
一种降低功耗的技术是在设备不活动时关闭具有最大电流消耗的功能块并切换到最低功耗挂起/睡眠状态。但是，在低功耗状态下，始终为ON的时钟会继续消耗电池电量。新的基于MEMS的计时解决方案提供了独特的节能策略，并具有可编程的输出频率和输出驱动摆幅级别。这些计时设备仅消耗750 nA的核心电流，因此可以消耗未调节的锂离子或调节电源，从而为移动设备设计人员提供了更多选择。
移动设备电源管理概述
图1显示了移动无线设备的基本体系结构。根据移动设备体系结构的实现，电源管理功能分布在应用程序和RF基带处理器和/或专用PMIC（电源管理IC）上。鉴于它们的尺寸限制和性能要求，这些模块采用CMOS亚微米技术实现。
图1：显示智能手机高级架构的框图
【陆小曼|MEMS硅晶振如何延长让移动设备待机更长】CMOS SoC（片上系统）中的功耗可以通过以下公式来量化：
P = C*V^2*F (1)
其中P是以瓦特为单位的功率； V是SoC的单个电源轨（VDD）的DC电压; C是悬挂在VDD电源总线上的固有电容。每个SoC内部实现的复杂模块均由多个VDD电源轨供电，电压范围为1.0V至4.3V 。
基本电源管理功能实现为：?监视系统处理负载?在以下状态之一之间切换系统：?工作?暂停?休眠
活跃状态
通过使用一种称为动态电压和频率缩放（DVFS）的技术，可以在活动状态期间优化功耗。根据公式（1），功耗降低为较低VDD电源轨电压的平方。同样，根据SoC制造中部署的过程节点，可以降低工作频率，以线性缩减功耗。
应用处理器（AP）和RF基带处理器是主要处理单元，它们消耗的电池电量最高。这些处理SoC通过与PMIC或片上电源管理模块通信以控制DVFS功能来实现最高的效率。PMIC的基本功能模块如图2所示。 PMIC功能可以实现为独立芯片，也可以作为嵌入式模块分布在手机的处理单元中。
图2：PMIC的功能框图
处理模块/ SoC通过I2C总线或类似的总线（例如SM总线）将系统状态传达给PMIC 。PMIC LDO和SMPS模块提供所需的可编程稳压电压由系统电源需求。挂起状态当移动设备在预定的（用户配置的）时间内处于非活动状态或由用户启动时，进入暂停状态：?没有用户界面与触摸屏或按钮的交互?没有打来的电话或数据通讯
?用户按下电源/挂起键以强制挂起状态
在这种状态下，主处理单元在最低的VDD内核电压和低至零赫兹的时钟频率下工作。 LCD屏幕关闭，触摸传感器每一百毫秒唤醒一次，以检测用户的触摸交互。诸如蜂窝调制解调器之类的通信外围设备处于其最低功耗状态，该状态可能会由于外部事件而中断。在32.768 kHz时钟源上运行的PMIC是唯一在这种低功耗状态下完全处于活动状态的设备。32 kHz时钟的功能之一是用作计时器，以在无线局域网要求或电源管理方案规定的预定时间唤醒外围设备。