如何选用合适DSP元件进行低功率设计

数位相机

这类产品有多种操作模式，包括：

(1)自动关机的待机模式；

(2)预视模式（等待拍摄相片）；

(3)拍照模式（实际拍摄相片以及处理和压缩影像）；

(4)录影模式（部份相机具备此功能）。

数位相机的萤幕有时会开启很长的时间，但DSP真正执行影像压缩的时间却很短。数位相机在预视模式和拍摄模式都必须执行许多即时处理作业，在预视模式必须不断显示最新画面，在拍摄模式则要尽快完成相片的处理和压缩，以便继续拍摄下一张照片，进而将两次拍摄之间的延迟时间缩到最短。这种DSP包含多种不同的运算处理单元：

●ARM7核心，负责系统控制功能和使用者界面；

●TMS320C54x处理器；

●SIMD影像处理引擎（iMX），提供可程式影像处理功能；

●可变长度编码和解码（VLC/VLD）协同处理器，负责影像和视讯的压缩与解压缩；

●预视引擎，即时显示预视画面以及数位变焦。

它还具备很高的功能整合度，可以缩小产品体积和减少系统功耗：

●多用途的OSD功能；

●彩色液晶萤幕的数位界面；

●CompactFlash、SmartMedia、Secure Digital以及Memory Stick记忆卡界面；

●多通道10位元数位类比转换器，负责提供NTSC/PAL复合视讯输出；

●多通道串列音讯Codec界面（McBSP）；

●晶片内建USB 1.1功能控制器。

这类装置可以选定某些很少使用的功能，然后在它们处于闲置状态时切断时脉讯号。举例来说，预视和待机模式可能不需要iMX和VLD/VLC功能方块，相机未连接至个人电脑时则可将USB界面的电源关掉。

行动电话

标准行动电话有两种电源模式：

(1)等待电话的待机模式；

(2)实际拨打电话的通话模式。

处于待机模式时，数据机功能（在等待电话时）会以低功耗模式操作，应用功能（数位语音编码和解码）的电源则可完全切断。手机进入通话模式后，数据机功能和应用功能就会在功耗较高的模式下操作。低耗电制程已能满足这类手机的处理需求，因此许多产品都採用这种制程以节省电力，此时产品净功耗与每种模式所佔用的时间有关。它们还能使用电压和频率调整技术，以便根据操作模式的作业需求来调整元件功耗。先进手机还增加数位相机、MP3和录影功能，所以其操作模式也变得更多。为了支援这些操作模式，行动电话通常会採用不同类型处理器所组成的异质架构，由DSP和各个操作模式专用的硬体加速器来执行数据机和相机等应用所需的讯号处理功能，再由DSP搭配负责使用者界面和系统控制功能的RISC处理器。如果某个模式不会用到加速器功能，系统也可切断它们的电压或时脉，例如待机模式不需要使用者界面时，可将RISC核心的电源关机。

可携式应用会视需要採取各种省电技术，以便将重要操作模式的功耗减到最低。

基础设施系统

封包语音（VoIP）或基地台收发器等设备所用的无线和有线基础设施虽属于「插入式」应用，却仍须在不同的功耗限制下操作。有些系统会在电源供应和系统散热能力已经固定的机架上，增加新的功能单元或通道容量，这些系统通常必须在室内空调系统故障时继续正常操作。每个机架的总功耗都不能超过现有电源供应的供电能力，电源供应会将电源提供给机架上的电路板，每张电路板再将电源分配给电路板上的不同元件。随着半导体元件日益精密，晶片还能提高操作频率或内建多颗DSP处理器来支援更多通道。另一方面，不断缩小的电路结构却让晶片产生更多功耗，因此透过封装提高散热效率也变得更重要。由于这些系统必须非常可靠，所以在分析其电源和散热需求时，应将所有处理器都在最大负载下工作的情况列入考虑。

为了降低满负载的操作功耗，这类系统多半会採用在较低电压下操作的高效能制程，并且搭配对于任何应用都有帮助的多时脉域和时脉闸控技术。这些系统不会利用多电压域技术降低功耗，因其包含大量而密集的处理器，此时若採用多电压域技术会造成电路板设计复杂性大幅增加。静态电压调整有助于节省功耗，由于功耗会随着操作电压的平方而改变，所以这些设计会选择较低的操作电压。这些元件还能整合更多核心，以弥补某些核心在较低频率下操作所不足的效能，例如与其使用四个在1.2V下操作的300MHz核心，还不如使用6个在1.0 V下操作的200MHz核心，因为两种解决方案的MHz效能（和通道处理能力）都是1200MHz，但后者功耗却只有前者的（1.0V/1.2V）2，大约是69％。这些元件的晶片面积大都用于内建记忆体，其中又以资料记忆体为主。由于在特定的通道处理密度下，每颗晶片所需的资料记忆体也是定值，而且其中多数记忆体又会直接分配给各个核心使用，所以增加核心并不会造成晶片总面积等比例增加，所带来的低功耗优点则足以弥补额外增加的成本。

功耗最佳化必须符合应用需求

不同的DSP应用设备需要不同的策略来满足其需求，例如基础设施系统希望降低最大负载条件下的功耗，可携式应用则希望将电池的电力消耗减至最少，它们的需求显然就有极大差异。事实上，就算同类型的应用都可能有着极为不同的要求，例如不同的可携式应用必须採取不同的电源最佳化技术来满足各自的操作需求。半导体厂商想要服务各种市场，就必须掌握多种制程、设计和架构技术，才能针对目标应用提供最合适的元件。