全新的“智能功率”
未來幾年人們看待高科技界的方式將會發(fā)生巨大變化。我們現在剛開始認識到：電子工業(yè)將成為解決全球變溫問題的一個主角。到目前為止，企業(yè)都在談論降低能耗計劃，但其實能夠做的還有很多。從“智能功率”(Power Smart) 芯片和系統(tǒng)的設計，到形成整個電子工業(yè)的能效指導標準，新的功率范例要求電子工業(yè)承擔降低能耗的責任，從而提高能效，最終降低溫室氣體排放。
“功率”概念正在變化
在上世紀90年代，談到“功率”時，都是指為某一系統(tǒng)提供功率，或者說向一塊PC板卡提供電壓和電流。而對大多數人來說，“低功耗”也只涉及一些對功耗在乎的產品，而且很多都只是紙上談兵，通常成功率甚微。
半導體器件的功耗有兩種基本形式，即動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗。靜態(tài)功耗是部件不做任何有用工作時的功耗，而動態(tài)功耗 則是器件主動工作時的功耗。直到最近，動態(tài)功耗都是整個功耗的主要部分。器件電源電壓 (Vcc) 曾一度借助于動態(tài)功耗管理技術，以及工藝尺寸的減小和系統(tǒng)電壓的降低而不斷降低，但這種繼續(xù)降低的日子已不復存在。此外，越來越小的集成電路 (IC) 工藝尺寸加劇了電流泄漏，使器件功耗大幅增加。隨著泄漏電流的加劇，靜態(tài)功耗開始成為功耗的主要部分，成為人們最關心的問題 (圖1)。
上世紀90年代的另一個巨大變化是電子產品大量進入我們的生活中。過去，我們都使用筆和紙來交流、通信，傳遞信息。今天，我們都使用 Apple iPhone和 Palm Treo智能電話之類的電子設備。隨著便攜電子設備的不斷發(fā)展，人們越來越不愿意購買那些需要插接在電源插座上的設備 (如臺式PC)。今天我們使用的臺式PC會把提供給它的功率浪費近一半，并且增加功率成本；可以說是我們需要低功耗產品的一個很好的反面例子。
不幸的是，為電子設備供電需要發(fā)電，而發(fā)電所產生的溫室氣體排放對全球變暖這個嚴重問題的影響高得驚人。根據聯合國2007年5月的報告，即使采取強有力的抑制措施，到本世紀末全球平均溫度也將升高多達華氏11度。
因此，業(yè)界各電子廠家都在討論如何降低從芯片到系統(tǒng)的整個統(tǒng)一體的能耗，希望有助于環(huán)境保護。盡管電子業(yè)界已采取了一些環(huán)保措施 (如無鉛及RoHS標準)，但還是未能充分地解決功率問題。電子器件中有少量鉛的確是個問題，但其影響較之于由全球溫度失控變暖而造成的災難還是很輕微的。
值得注意的是，到目前為止美國環(huán)�？偸� (EPA) 還沒有針對半導體產品設定Energy Star 標準。雖然這些半導體產品直接影響Energy Star評級產品的能效和管理，但業(yè)界一直未形成一個確定“低功耗”IC功效基準的方法。如果針對半導體產品提出功耗要求，就可最大限度地降低板卡、系統(tǒng)和最終產品的功耗，從而提高功效和減少溫室氣體。
顯然，這個問題的解決方案有一部分握在電子行業(yè)手中。有了當今的智能功率技術，業(yè)界能夠做到的更多。業(yè)界承擔這個責任是必需的，責無旁貸。新的“功率”概念意味著從芯片到系統(tǒng)整個統(tǒng)一體降低功耗的協同作戰(zhàn)。
智能功率芯片
依賴電池供電的便攜設備設計人員現正面臨一個可怕的挑戰(zhàn)，即消費者對于產品尺寸更小、功能更豐富、電池壽命更長、價格更低及推出產品的周期更短等永無止境的追求。電池壽命延長意味著消費者的擁有成本降低。如果智能電話的電池壽命能正常供電6個小時，又如果鋰離子電池通常在充電300次~500次后才需要 “破費地”被更換，那么，如果能將電池壽命由6小時延長到數周或數月，這樣的產品豈不是更有吸引力？
便攜產品的設計人員過去依賴于面向特定應用集成電路 (ASIC) 實現其低功耗目標。但ASIC固有某些負累，即掩模工藝昂貴和開發(fā)周期較長。設計人員的另一個選擇是可編程邏輯解決方案，尤其是基于SRAM技術的可編程邏輯器件，這種器件縮短了開發(fā)周期，但也有不足之處，如靜態(tài)功耗高。事實上，當今市場上的一些所謂“低功耗”FPGA和CPLD (復雜可編程邏輯器件) 的電流消耗達30mA，這通常比典型便攜應用所能容忍的耗電高出1個~2個數量級。
