低功耗mos管知識詳解及mos管原廠供貨、選型參考資料-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-09-11
隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。節(jié)能是全球化的熱潮，如計算機里的許多芯片過去用5V供電，現(xiàn)在用3.3V、1.8V，并提出了綠色系統(tǒng)的概念。很多廠商很注重微控制器的低功耗問題。電路與系統(tǒng)的低功耗設(shè)計一直都是電子工程技術(shù)人員設(shè)計時需要考慮的重要因素。
介紹低功耗mos管供應(yīng)商信息，深圳市可易亞半導(dǎo)體科技有限公司.是一家專業(yè)從事中、大、功率場效應(yīng)管(MOSFET)、快速恢復(fù)二極管、三端穩(wěn)壓管開發(fā)設(shè)計，集研發(fā)、生產(chǎn)和銷售為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。
2005年在深圳福田，KIA半導(dǎo)體開啟了前行之路，注冊資金1000萬，辦公區(qū)域達(dá)1200平方，已經(jīng)擁有了獨立的研發(fā)中心，研發(fā)人員以來自韓國(臺灣)超一流團(tuán)隊，可以快速根據(jù)客戶應(yīng)用領(lǐng)域的個性來設(shè)計方案，同時引進(jìn)多臺國外先進(jìn)設(shè)備，業(yè)務(wù)含括功率器件的直流參數(shù)檢測、雪崩能量檢測、可靠性實驗、系統(tǒng)分析、失效分析等領(lǐng)域。強大的研發(fā)平臺，使得KIA在工藝制造、產(chǎn)品設(shè)計方面擁有知識產(chǎn)權(quán)35項，并掌握多項場效應(yīng)管核心制造技術(shù)。自主研發(fā)已經(jīng)成為了企業(yè)的核心競爭力。
強大的研發(fā)平臺，使得KIA在工藝制造、產(chǎn)品設(shè)計方面擁有知識產(chǎn)權(quán)35項，并掌握多項場效應(yīng)管核心制造技術(shù)。自主研發(fā)已經(jīng)成為了企業(yè)的核心競爭力。
KIA半導(dǎo)體的產(chǎn)品涵蓋工業(yè)、新能源、交通運輸、綠色照明四大領(lǐng)域，不僅包括光伏逆變及無人機、充電樁、這類新興能源，也涉及汽車配件、LED照明等家庭用品。KIA專注于產(chǎn)品的精細(xì)化與革新，力求為客戶提供最具行業(yè)領(lǐng)先、品質(zhì)上乘的科技產(chǎn)品。
從設(shè)計研發(fā)到制造再到倉儲物流，KIA半導(dǎo)體真正實現(xiàn)了一體化的服務(wù)鏈，真正做到了服務(wù)細(xì)節(jié)全到位的品牌內(nèi)涵，我們致力于成為場效應(yīng)管（MOSFET）功率器件領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，為了這個目標(biāo)，KIA半導(dǎo)體正在持續(xù)創(chuàng)新，永不止步！
注：這里只列出了部分低功耗mos管型號，需了解更多型號及參數(shù)資料，請聯(lián)系我們！
目前的低功耗設(shè)計主要從芯片設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計兩個方面考慮。隨著半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展和芯片工作頻率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又將導(dǎo)致芯片發(fā)熱量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已經(jīng)成為深亞微米集成電路設(shè)計中的一個重要考慮因素。為了使產(chǎn)品更具競爭力，工業(yè)界對芯片設(shè)計的要求已從單純追求高性能、小面積轉(zhuǎn)為對性能、面積、功耗的綜合要求。而微處理器作為數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，其低功耗設(shè)計對降低整個系統(tǒng)的功耗具有重要的意義。
在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，低功耗設(shè)計（Low-Power Design）是許多設(shè)計人員必須面對的問題，其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動性較強的產(chǎn)品中去，而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng)，往往是靠電池來供電，所以設(shè)計人員從每一個細(xì)節(jié)來考慮降低功率消耗，從而盡可能地延長電池使用時間。事實上，從全局來考慮低功耗設(shè)計已經(jīng)成為了一個越來越迫切的問題。
微處理器的低功耗設(shè)計技術(shù)，首先必須了解它的功耗來源。其中時鐘單元(Clock)功耗最高，因為時鐘單元有時鐘發(fā)生器、時鐘驅(qū)動、時鐘樹和鐘控單元的時鐘負(fù)載；數(shù)據(jù)通路(Datapath)是僅次于時鐘單元的部分，其功耗主要來自運算單元、總線和寄存器堆。除了上述兩部分，還有存儲單元(Memory)，控制部分和輸入/輸出(Control，I/O)。存儲單元的功耗與容量相關(guān)。
MOS管電路功耗主要由3部分組成：電路電容充放電引起的動態(tài)功耗，結(jié)反偏時漏電流引起的功耗和短路電流引起的功耗。其中，動態(tài)功耗是最主要的，占了總功耗的90%以上。
常用的低功耗設(shè)計技術(shù)
低功耗設(shè)計足一個復(fù)雜的綜合性課題。就流程而言，包括功耗建模、評估以及優(yōu)化等；就設(shè)計抽象層次而言，包括自系統(tǒng)級至版圖級的所有抽象層次。同時，功耗優(yōu)化與系統(tǒng)速度和面積等指標(biāo)的優(yōu)化密切相關(guān)，需要折中考慮。下面討論常用的低功耗設(shè)計技術(shù)。
1） 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)
動態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比，功耗將隨著工作電壓的降低以二次方的速度降低，因此降低工作電壓是降低功耗的有力措施。但是，僅僅降低工作電壓會導(dǎo)致傳播延遲加大，執(zhí)行時間變長。然而，系統(tǒng)負(fù)載是隨時間變化的，因此并不需要微處理器所有時刻都保持高性能。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS(Dynarnic Voltage Scaling)技術(shù)降低功耗的主要思路是根據(jù)芯片工作狀態(tài)改變功耗管理模式，從而在保證性能的基礎(chǔ)上降低功耗。在不同模式下，工作電壓可以進(jìn)行調(diào)整。為了精確地控制DVS，需要采用電壓調(diào)度模塊來實時改變工作電壓，電壓調(diào)度模塊通過分析當(dāng)前和過去狀態(tài)下系統(tǒng)工作情況的不同來預(yù)測電路的工作負(fù)荷。
2） 門控時鐘和可變頻率時鐘
在微處理器中，很大一部分功耗來自時鐘。時鐘是惟一在所有時間都充放電的信號，而且很多情況下引起不必要的門的翻轉(zhuǎn)，因此降低時鐘的開關(guān)活動性將對降低整個系統(tǒng)的功耗產(chǎn)牛很大的影響。門控時鐘包括門控邏輯模塊時鐘和門控寄存器時鐘。門控邏輯模塊時鐘對時鐘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，如果在當(dāng)前的時鐘周期內(nèi)，系統(tǒng)沒有用到某些邏輯模塊，則暫時切斷這些模塊的時鐘信號，從而明顯地降低開關(guān)功耗。采用“與”門實現(xiàn)的時鐘控制電路。門控寄存器時鐘的原理是當(dāng)寄存器保持?jǐn)?shù)據(jù)時，關(guān)閉寄存器時鐘，以降低功耗。然而，門控時鐘易引起毛刺，必須對信號的時序加以嚴(yán)格限制，并對其進(jìn)行仔細(xì)的時序驗證。
另一種常用的時鐘技術(shù)就是可變頻率時鐘。它根據(jù)系統(tǒng)性能要求，配置適當(dāng)?shù)臅r鐘頻率以避免不必要的功耗。門控時鐘實際上是可變頻率時鐘的一種極限情況(即只有零和最高頻率兩種值)，因此，可變頻率時鐘比門控時鐘技術(shù)更加有效，但需要系統(tǒng)內(nèi)嵌時鐘產(chǎn)生模塊PLL，增加了設(shè)計復(fù)雜度。去年Intel公司推出的采用先進(jìn)動態(tài)功耗控制技術(shù)的Montecito處理器，就利用了變頻時鐘系統(tǒng)。該芯片內(nèi)嵌一個高精度數(shù)字電流表，利用封裝上的微小電壓降計算總電流；通過內(nèi)嵌的一個32位微處理器來調(diào)整主頻，達(dá)到64級動態(tài)功耗調(diào)整的目的，大大降低了功耗。
3） 并行結(jié)構(gòu)與流水線技術(shù)
并行結(jié)構(gòu)的原理是通過犧牲面積來降低功耗。將一個功能模塊復(fù)制為n(n≥2)個相同的模塊，這些模塊并行計算后通過數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出，采用二分頻的并行結(jié)構(gòu)。
并行設(shè)計后，由于有多個模塊同時工作，提高了吞吐能力，可以把每個模塊的速度降低為原來的l/n。根據(jù)延時和工作電壓的線性關(guān)系，工作電壓可以相應(yīng)降低為原來的l/n，電容增大為原來的n倍，工作頻率降低為原來的l/n，根據(jù)式(1)功耗降低為原來的1/n2。并行設(shè)計的關(guān)鍵是算法設(shè)計，一般算法中并行計算的并行度往往比較低，并行度高的算法比較難開發(fā)。例如：若原模塊的功耗為P=a×CL×V2dd×f，采用二分頻結(jié)構(gòu)，由于增加了一個模塊和數(shù)據(jù)選擇器，整個電容負(fù)載為2．2CL，工作頻率為f/2，工作電壓可以降為O．6 V，則其功耗為：
由此可見，二分頻并行結(jié)構(gòu)在保持原有電路性能的同時降低了60%的功耗。
流水線技術(shù)本質(zhì)上也是一種并行。把某一功能模塊分成n個階段進(jìn)行流水作業(yè)，每個階段由一個子模塊來完成，在子模塊之間插入寄存器，如圖5所示。若工作頻率不變，對某個模塊的速度要求僅為原來的1/n，則工作電壓可以降低為原來的1/n，電容的變化不大(寄存器面積占的比例很小)，功耗可降低為原來的1/n2，面積基本不變，但增加了控制的復(fù)雜度。例如，若原模塊的功耗為P=α×C1×V2dd×f，采用流水線技術(shù)，由于增加了寄存器，整個電容負(fù)載為1．2CL，工作頻率不變，工作電壓降為0．6 V，則其功耗為：
由此可見，流水線技術(shù)能顯著降低系統(tǒng)功耗。
通過流水線技術(shù)和并行結(jié)構(gòu)降低功耗的前提是電路工作電壓可變。如果工作電壓固定，則這兩種方法只能提高電路的工作速度，并相應(yīng)地增加了電路的功耗。在深亞微米工藝下，工作電壓已經(jīng)比較接近閾值電壓，為了使工作電壓有足夠的下降空間，應(yīng)該降低闊值電壓；但是隨著閾值電壓的降低，亞閾值電流將呈指數(shù)增長，靜態(tài)功耗迅速增加。因此，電壓的下降空間有限。
4） 低功耗單元庫
設(shè)計低功耗單元庫是降低功耗的一個重要方法，包括調(diào)整單元尺寸、改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計。用戶可以根據(jù)負(fù)載電容和電路延時的需要選擇不同尺寸的電路來實現(xiàn)，這樣會導(dǎo)致不同的功耗，因此可以根據(jù)需要設(shè)計不同尺寸的單元。同時，為常用的單元選擇低功耗的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，如觸發(fā)器、鎖存器和數(shù)據(jù)選擇器等。
5） 低功耗狀態(tài)機編碼
狀態(tài)機編碼對信號的活動性具有重要影響，通過合理選擇狀態(tài)機狀態(tài)的編碼方法，減少狀態(tài)切換時電路的翻轉(zhuǎn)，可以降低狀態(tài)機的功耗。其原則是：對于頻繁切換的相鄰狀態(tài)，盡量采用相鄰編碼。例如：Gray碼在任何兩個連續(xù)的編碼之間只有一位的數(shù)值不同，在設(shè)計計數(shù)器時，使用Gray碼取代二進(jìn)制碼，則計數(shù)器的改變次數(shù)幾乎減少一半，顯著降低了功耗；在訪問相鄰的地址空間時，其跳變次數(shù)顯著減少，有效地降低了總線功耗。
6） Cache的低功耗設(shè)計
作為現(xiàn)代微處理器中的重要部件，Cache的功耗約占整個芯片功耗的30%～60%，因此設(shè)計高性能、低功耗的Cach結(jié)構(gòu)，對降低微處理器的功耗有明顯作用。Cache低功耗設(shè)計的關(guān)鍵在于降低失效率，減少不必要的操作。通常用來降低Cache功耗的方法有以下兩種：一種是從存儲器的結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計低功耗的存儲器，例如采用基于CAM的Cache結(jié)構(gòu)；另一種是通過減少對Cache的訪問次數(shù)來降低功耗。
以上主要是從硬件的角度來實現(xiàn)功耗的降低。除了硬件方法，通過軟件方面的優(yōu)化，也能顯著地降低功耗。例如：在Crusoe處理器中，采用高效的超長指令(VLIW)、代碼融合(Code Morphing)技術(shù)、LongRun電源管理技術(shù)和RunCooler工作溫度自動調(diào)節(jié)等創(chuàng)新技術(shù)，獲得了良好的低功耗效果。
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