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苏州市科学技术局,一种适用于锂电池的电流监测电路设计

"机率逻辑"化不完美为省电美
2009/02/10

据美国物理学家组织网3月17日报道,一个国际科研小组使用“概率修剪技术”,将集成电路中很少使用的部分修剪后,使计算机芯片的性能提高了2倍,而能耗仅为以前的一半。 美国莱斯大学与新加坡南洋理工大学合作在新加坡设立的持续性与应用信息动力学研究所(旨在研发出更节约能源和降低成本的创新信息技术)和瑞士电子与微系统技术中心的科学家携手开发了这项具有突破性的技术。 这种“概率修剪”技术的原理非常简单:通过允许微处理器出错来削减其对能源的需求。研究人员发现,他们可以通过正确地管理错误发生的可能性并通过限制哪些计算产生错误,来削减能源需求并提升芯片的性能。 持续性与应用信息动力学研究所负责人、美国莱斯大学计算机教授克里希纳・帕莱姆说:“根据摩尔定律,芯片上的晶体管会越来越多。芯片上的高密度晶体管会导致许多背景‘噪声’。为了补偿,工程师会通过增加电路上的电压来克服噪声和保证计算的精确,因此,略减少计算精度能在一定程度上改进速度和节省能耗。” 该研究团队使用“概率修剪”技术将集成电路上很少使用的部分剪切掉,制造出了新的芯片模型。研究人员表示:“最初的测试表明,修剪后电路的运行速度至少是以前电路的2倍,能耗是以前的一半,而其占用的空间仅为传统电路的一半。” 不过,这项技术的缺点是令处理器的计算精确度有所降低。帕莱姆认为,诸如声音和影像解码等实时处理所需要的精确度无须太高,但处理器是否省电及运算是否快速更为重要。帕莱姆说:“我们的研究表明,可以通过削减助听设备、照相机和其他多媒体设备中使用的集成电路中不必要的部分,达到同时提升芯片性能和减少能耗的目的。” 电子和微系统技术中心的领导人克里斯蒂安・恩兹表示:“这样做,集成电路的出错率为8%,据我们所知,许多辅助观看和助听设备能容忍的出错率为10%。” 帕莱姆表示,下一步我们将使用该技术制造出完整而具有特定用途的芯片,并希望今年夏天之前设计出一款用于助听设备的芯片,“概率修剪能制造出具有特定用途的集成电路,助听设备配备了这种集成电路后,同一电池的使用时间将延长4倍到5倍”。

澳门新葡亰平台官网 ,提出了一种适用于锂电池的电流监测电路,通过在锂电池供电环路引入灵敏电阻对电流进行采样,并使用时钟控制开关电容运算放大器和高速比较器,实现从模拟信号到数字信号的转换。在处理器中进行精确电流量的运算,能对过流、短路电流进行保护,也能用于精确计算电池阻抗、电量等相关参数。电路基于0.18 m CMOS工艺,电源电压为2.5 V.对所设计电路进行了仿真验证。结果表明,该电路在- 40℃~+125℃应用环境温度范围内能够实现对电流的采样和编码功能,并且能对充放电动作进行判断。

莱斯大学(Rice Univeristy)和南洋理工学院(Nanyang Technological University)开发出「速度快7倍、用电量省30倍」的芯片!根据莱斯大学Krishna Palem教授(右图)的说法,这种芯片不使用传统的布尔逻辑(Boolean Logic),而改采用机率逻辑(Probabilistic Logic),因而能够节省耗电量。

所谓概率修剪技术其实就是贯彻落实系统设计的容错思想。好比每个胜任普通工作甚至堪当大用的人都有缺点毛病,允许其存在意味着能在更大程度上人尽其才。在发生各种软硬件故障的情况下仍能继续正确地完成指定任务,这种容错技术也是提高计算机系统可靠性的有效方法。科学家们今天把它施用于芯片领域,既是一种独辟蹊径的探索,又是一种很有意义的提示――我们没必要为着根本用不着的计算精度,而在性能、体积和能耗等方面做出牺牲。

锂电池作为新型清洁、可再生的二次能源,需精确监测其电流、电压及温度等参数,并做好相应的保护电路。对于手持设备而言,更需要追求高精度、低功耗,从而降低对锂电池的“过度”使用,延长使用寿命。

由于使用布尔逻辑时,需要精确的运算出结果,才能设定成0与1的数值,然而使用机率逻辑时,只要机率倾向于1,就直接设定成1,倾向于0,就设定成0,因此能节省运算过程中的用电量,在某些情况下,不够精确的运算结果,并不会影响到实际应用的质量,反而能节省能源的消耗,所以一点小「缺陷」没什么关系,比方说,把这种PCMOS技术(Probabilistic CMOS)技术运用在其它嵌入式系统或是手机当中,传送到手机上的图片影像,即使少了后面几个位,受限于银幕过小或人脑的不足,根本辨识不出来,反而能省下手机电池的用电量,所以谁说不完美不能是一种美呢?

本文设计的电路在锂电池供电环路中引入灵敏电阻对电流进行监测,给系统提供充放电提示,同时可用于电量计算以及保护控制。

引用来源:

本文将详细阐述电流监测系统原理以及内部电路结构,并给出H-spice仿真结果及相关结论。

1 本文所设计的电流监测电路

模/数转换器由采样、量化和编码构成。本文设计的锂电池电流监测系统框图如图1所示。其中,电容和AMP放大器组成开关电容采样电路,C0MP高速比较器对数据进行量化,处理器对电路进行数字逻辑控制及编码。偏置电路提供AMP放大器自启动支路并产生Vbe1和Vbe4。时钟模块控制系统开关,包括LII、LI2、LI5、LI6、LI38。处理器输出数字信号Logic Control改变量化电容。

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