اهمیت کاهش توان مصرفی

اهمیت کاهش توان مصرفی

اهمیت کاهش توان مصرفی

کاهش توان مصرفی

کاهش توان مصرفی ………………………………………………………………………………………….

2-1) توان مصرفی ……………………………………………………………………………………………………………………….

2-2) بهینه سازی مصرف توان……………………………………………………………………………………………………….

2-3) انتخاب روش هاي مختلف براي افزایش بهره وري………………………………………………………………….

فصل سوم- پیشینه تکنولوژی های طراحی شده برای کاهش توان مصرفی در مدارات مجتمع………………..

3-1) تقویت کننده عملیاتی……………………………………………………………………………………………………………

3-2) اهمیت توان در مدارات مجتمع………………………………………………………………………………………………

3-3) مصرف توان در مدارات الکترونیکی……………………………………………………………………………………….

3-4) تکنیک های کاهش توان مصرفی ……………………………………………………………………………………………

3-5) طراحی مدارات VLSI با توان مصرفی پایین………………………………………………………………………….

3-6) تکنولوژی های کاهش توان مصرفی مدارات مجتمع…………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………. Circuits3-6-1)

……………………………………………………………………………………………………………… Circuit3-6-2)

………………………………………………………………………………………………….. Reducing Glitches3-6-3)

…………………………………………………………………. Standby Mode Leakage Suppression3-6-4)

……………………………………………………………………………………… Multi-Threshold Circut3-6-4-1)

………………………………………………………………………………………. Variable Body Biasing3-6-4-2)

……………………………………………………………………………………………………… Sleep Transistors3-6-5)

………………………………………………………………….. Dynamic Threshold MOS(DTMOS)3-6-6)

………………………………………………………………………… Short Circuit Power Suppression3-6-7)

کاهش توان مصرفی

 توان مصرفی

فناوری نانو نقطه همگرایی علوم مختلف در آینده است. در این میان یکی از پرکاربردترین شاخه ها نانو الکترونیک می باشد. امروزه افزایش ظرفیت ذخیره داده، افزایش سرعت انتقال آن و کوچک کردن هر چه بیشتر وسائل الکترونیکی و به خصوص ترانزیستورها دارای اهمیت بسیاری است زیرا کوچک تر شدن ابعاد وسائل الکترونیکی علاوه بر افزایش سرعت پردازش، توان مصرفی را نیز کاهش می دهد و نانو الکترونیک می تواند در رسیدن به ابعاد هر چه کوچک تر راهگشا باشد. برای آشنایی بیشتر با این فن آوری و درک عمیق تر پدیده های گوناگونی که در ابعاد نانو متر روی می دهد و در نتیجه تحلیل دقیق نتایج و اصلاح اصولی روش های آزمایش، باید علوم پایه ای نظیر فیزیک کوانتوم و مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد مورد مطالعه قرار بگیرند.

پیشرفت در تکنولوژی ساخت مدارهای مجتمع ، و نیز طراحی مدارهای با مصرف توان کم باعث پیشرفت قابل توجه در ساخت تجهیزات پزشکی شده است. بحرانی ترین و پر مصرفترین بلوکها از نظر توان در سیستمهای گیرندهی ، سیگنالهای حیاتی، قسمت دریافت فوری اطالعات و پردازش آنها میباشد که کیفیت سیگنالهای دریافتی را تعیین میکند.داشتن سیستمی که بتواند طول عمر باتری بیشتری داشته باشد، نیاز به داشتن مدارهای با مصرف توان پایین را اجتناب ناپذیر میکند که محدودیتهایی را روی مدار گیرنده ایجاد خواهد کرد.

توان مصرفی یک فاکتور مهم برای طول عمر سنسور میباشد. بیشترین توان مصرفی برای شبکه های سنسور بی سیم، صرف انتقال تصویر بصورت بی سیم در فضا میگردد که این امر به خاطر پهنای باند زیاد برای انتقال تصویر میباشد. یک راه برای کاهش پهنای باند این است که تنها وقتی تغییری در تصویر یا سیگنال اتفاق می افتد، سیگنال جدیدی ساخته شود که این امر توسط نظارت بر تغییرات حرارتی انجام میگیرد. اگر چه این موضوع بسته به شرایط محیطی انتقال تصویر مانند تغییرات وضوح تصویر یا پس زمینه تصویر میتواند کم و زیاد شود.

کاهش توان مصرفی

جهت مشاهده نمونه های دیگر از مبانی نظری برق کلیک کنید.

 بهینه سازی مصرف توان

میزان مصرف انرژي و راندمان انرژي به مهمترین موضوع مورد بحث در زمینه ي سخت افزار تبدیل شده است. موضوع مصرف انرژي به میزان انرژي مورد نیاز ورودي به قطعه در حالت هاي مختلف مربوط می شود تا حدي که آن قطعه بتواند وظایف خود را به درستی انجام دهد. راندمان انرژي به نوعی با میزان مصرف انرژي ارتباط دارد. اما در کل راندمان انرژي به چگونگی استفاده از انرژي توسط یک قطعه بستگی دارد. این که چه میزان از انرژي صرف انجام کار می شود و چه میزان از آن به هدر می رود و یا اینکه چه قدر از آن به مصارف غیر ضروري و یا به مصارف اجتناب ناپذیر می رسد از مواردي هستند که می توانند راندمان یک قطعه را مشخص کنند.

شرکت هاي بزرگ نیز موظف شده اند تا قطعات خود را با کمترین مصرف انرژي اما با همان بازده قبلی تولید کنند. این شرکت ها شرایط و استانداردهایی را تعیین کرده اند و بر طبق آنها محصولات خود را تولید می کنند . اگر این استاندارد ها در تمامی قطعات مورد استفاده قرار بگیرد، شاهد بهینه سازي مصرف انرژي را در حد بسیار بالایی شاهد خواهیم بود.

معمولا میزان مصرف انرژي در وسایل برقی و قطعات کامپیوتري در دو حالت مورد بررسی قرار می گیرد. حالتی که قطعه بیکار است و حالتی که بیشترین میزان کار از قطعه گرفته می شود. البته مشخص کردن دقیق این مقادیر انرژي گاهی اوقات فقط جنبه ي تئوري دارد چرا که در عمل و بسته به شرایط مختلف ممکن است میزان مصرف به کمترین یا بیشترین میزان تعیین شده توسط شرکت سازنده نرسد. مشخصا کمترین میزان مصرف انرژي براي زمانی ست که استفاده ایی از قطعه ي مورد نظر نمی شود و آن قطعه فقط روشن است اما کاري انجام نمی دهد.

بیشترین میزان مصرف انرژي نیز زمانی است که قطعه ایی براي مدت طولانی در زیر بار کاري سنگین باشد. اغلب اوقات حداکثر میزان مصرف انرژي در مدت زمان محدودي صورت می پذیرد و بعد از گذشت این زمان میزان مصرف کاهش یافته و ممکن است دوباره به حالت حداکثر باز گردد. براي مثال زمانی که یک پردازنده در حال متراکم کردن یا زیپ کردن یک فایل است بار کاري بسیار زیادي بر روي آن اعمال می شود .

ادامه بهینه سازی مصرف توان

راههاي مختلفی براي صرفه جویی در مصرف انرژي وجود دارد که به نوع قطعه ایی که از آن استفاده می کنیم و نوع استفاده ایی که از آن می کنیم بستگی دارد.این راهها به نوع دیدگاه شرکت هاي سازنده نیز بستگی دارد. براي نمونه می توان شرکت  AMD و Intel را در ساخت CPU مثال زد. سوالهایی که پیش می آید این است که کامپیوتر زمانی که بدون استفاده است چقدر انرژي مصرف می کند و یا اینکه یک کامپیوتر براي انجام یک کار چه مقدار انرژي مصرف می کند .به بیان دیگر چقدر طول می کشد تا یک فعالیت انجام شود. دسته ایی از کارشناسان روش هایی را پیشنهاد می کنند که توانایی و سرعت کمی دارند ولی انژي بسیار کمی نیز مصرف کرده و به این ترتیب صرفه جویی بسیار زیادي در مصرف انرژي می کنند.

اما دسته ایی دیگر روشهایی را پیشنهاد می کنند که قدرتمند و پر سرعت هستند اما مصرف انرژي بیشتري دارند. اما اینکه چگونه می توان بین این دو حالت تعادل برقرار کرد مساله بسیار مهمی است. پیشنهاد گروه اول شاید در نگاه اول بهتر به نظر برسد اما باید این موضوع را نیز مد نظر داشت که اگر قطعه سرعت کمی داشته باشد وقت زیادي را براي انجام یک فعالیت صرف می کند. در حالی که یک قطعه پر سرعت با صرف کمترین وقت ممکن کار را انجام می دهد. به این ترتیب شما می توانید یک قطعه پر سرعت و البته بامصرف انرژي بالا داشته باشید.

براي افزایش بهره وري کارهاي خود را به کمک آن به سرعت انجام می دهید و سپس آنرا در حالت بدون استفاده یا Standby قرار دهید تا میزان مصرف انرژي آن به کمترین میزان ممکن برسد. از این طریق می توان کاري کرد که یک سیستم پر سرعت کمتر از یک سیستم کم مصرف انرژي مصرف کند. در واقع در این مبحث مساله اي که مهم است میزان توان مصرفی در واحد زمان است. می توان از یک طرف میزان توان مصرفی را کم کرد و در سوي دیگر زمان استفاده از انرژي را کاهش داد. انتخاب یکی از این دو راه و یا برقراري تعادل بین آنها بستگی به کاربر و موارد استفاده و نوع نگرش وي به موضوع مصرف انرژي دارد.

.

کاهش توان مصرفی

فهرست منابع جهت مطالعه بیشتر

• [1] Tsuruya.Y, Hirose.T,Osaki.Y,Kuroki.T,Numa.M,Kobayashi.O,”A Nano-Watt     Power CMOS Amplifier with Adaptive Biasing for Power-Aware Analog LSIs, IEEEو2012.
• [2] M. Degrauwe, et al., “Adaptive biasing CMOS amplifiers,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 17, pp. 522-528, 1982.
• [3] K. Ueno, et al., “A 300-nW, 15-ppm/°C, 20-ppm/V CMOS voltage reference circuit consisting of subthreshold MOSFETs,” IEEE Jounal of Solid-State Circuits, vol. 44, no.7, pp. 2047-2054, 2009.
• [4] T. Hirose, et al., “A nano-ampere current reference circuit and its temperature dependence control by using temperature characteristics of carrier mobilities,” Proceedings of the 36th European Solid-State Circuits Conference, pp. 114-117, 2010.
• [5] T. Hirose, et al., “A CMOS bandgap and sub-bandgap voltage reference circuits for nanowatt power LSIs,” IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, pp. 77-80, 2010.
• [6] M.-T. Chung and C.-C. Hsieh, “A 0.5V 4.95μW 11.8fps PWM CMOS Imager with 82dB Dynamic Range and 0.055% Fixed-Pattern Noise,“ ISSCC Dig Tech. Papers, pp. 114-114, Feb. 2012.
• 7…
• 8…

https://digitalcommons.usf.edu/ege_etd/