半導體節能方案攻略

對于半導體行業來說，節能降耗的方法很多，就像我們吃食物，可以從采集新能源(新食物)，也可以改良制造工藝(消耗少)，還可以進行電源管理(合理進食)角度開展。

從自然界采集能源

人們正在研制能從光、振動乃至體溫中采集能源，并創建無需電池就能永續運行的產品。如果部分微處理器/微控制器能夠靠環境能源來為其供電的話，這將對我們的環境有重要而深遠的影響。TI等公司研發的MCU已將消費類電子與工業應用的電池使用壽命進一步延長至10年、20年，甚至在某些情況下完全不需要外接電源，例如靠太陽能電池板、振動能等。

據TI MSP430中國區業務拓展經理刁勇介紹，憑借合理的內核、高集成度以及智能外設，MSP430在超低功耗應用中已有時日。隨著2008年底TI推出的CC430技術平臺，可將MSP430與TI的無線射頻(RF)技術集成在單芯片上，使其成為了能源采集設計人員的選擇之一。

TI介紹了一些無線能源采集應用案例：

橋梁 AdaptivEnergy公司與TI合作，已開發出一個能采集振動產生的能源，來驅動傳感器并把信息發送到采集點的模塊。因為駛過橋梁的車輛的振動可以轉化成能源，可為監測橋梁結構整體性的傳感器供電。這樣有關橋梁狀況的信息可以及早得到反饋，防止由于結構性能差而造成的事故，確保安全并降低維護成本，甚至可以監測到異常振動，預警地震或其它自然災害。有朝一日這種振動還可以為橋梁照明供電。

辦公室格子間 目前，大多數辦公室都采用臨時性的格子間，無法實現每個格子的溫度調節和照明控制。如果有某種無線傳感器可以通過環境光線提供的能源運行，并與建筑的HVAC(高壓交流電)系統對話，控制自己格子間的溫度，就可以實現更加理想的溫度調節和照明控制，進而實現更高的工作效率。

醫療電子 今天在醫院看到的插在病人身上的管管線線將不復存在。未來，將有一種貼在皮膚上的傳感器靠人的體溫提供的能量就能測量體溫、血壓、心率、血液含氧量等指標，然后把數據無線發送到護士站或醫生處。我們還可以設想，將會出現一種永遠不需要更換電池的永久性植入式起搏器。

汽車電子、手機、玩具 未來車上的傳感器能通過收集振動或熱量來驅動，并在故障發生前發送診斷信息予以警告；有一天手機可以靠環境光線提供的能源給電池充電，不再需要插在插座上充電；孩子們的玩具將不再需要更換電池。

改良工藝

在自身設計改進方面，半導體的節能降耗最根本的辦法是提升制程工藝，在功耗不變的前提下，如果能提高半導體的集成度，其實就意味著提升了產品的能效比。Altera公司半導體技術專家相奇博士介紹，該公司將在2008年底前推出40nm工藝的FPGA產品，相比于標準的45nm制程，40nm產品在速度上提升了10％的同時，還能有效降低10％的功耗，這非常切合現在高速傳輸和更低功耗的FPGA應用，比如超過10Gbit/s的高速傳輸應用。40nm工藝也更能滿足客戶對功耗、性能、面積和成本之間的綜合需求。

電源管理

通過管理和控制降低終端產品功耗同樣是半導體對節能降耗的重要貢獻。這里指的電源管理是廣義的節電措施，包括硬件和軟件等方式。直接的硬件調節主要靠電源管理芯片/功率器件等，而微控制器、FPGA/ASIC和SoC等通過優化軟件來控制和實現。 在硬件方面，例如日常的光源照明是電能消耗重要部分，節能燈不可調光是制約節能燈取代白熾燈的主要原因之一，隨著澳大利亞、北美和歐洲相繼強制推行節能燈計劃，節能燈調光成為新趨勢，據統計，節能燈調光10％可節電25％左右。

針對目前節能燈普遍無法調光的現狀，IR公司推出了用于節能調光熒光燈鎮流器應用的IRS2530D和IRS2158D 600V控制IC。據IR高級產品經理黃贊介紹，2530D可以提供一種多級和三路緊湊型熒光燈(簡稱CFL)應用方案，在一個引腳集成了調光控制功能，可以與原有方案進行直接替換，同時可實現緊湊型熒光燈及線性鎮流器多達10％的調光系統性能。整體成本與現有不可調光方案差距在10％左右。采用半橋式驅動器的IRS2158D適用于需要調光性能超過10％的應用，該元件具有全面的保護功能，如防止燈泡無法點亮、燈絲故障和燈泡報廢保護，非常適合包括日漸流行的T5燈泡在內的薄型燈。

當待機功耗進一步降低時，僅僅靠低功耗的IC和電源管理芯片已經不夠。據NXP大中華區多重市場半導體產品市場總監金宇杰介紹，一些高耗能的家電(例如彩電)可通過微控制器(MCU)來控制一些功能的關閉和開啟，以達到降低整機的待機功耗。

為了降低FPGA/ASIC及一些大型器件(諸如SoC)的功耗，也通過功耗管理軟件來實現功耗管理。例如Altera在其FPGA產品中集成了可編程功耗管理技術，根據柵的不同的工作狀態，用軟件來控制背柵電壓：只有在關鍵處理部分和高速傳輸部分加強電壓；控制其他工作狀態的電壓，進而實現整體功耗的降低。

結語

節能是一個令人振奮的亮點，存在無盡的可能性。只要我們共同攜手，能讓整個世界變得更智能、健康、安全、綠色和樂趣恒生。