某位網友提出了一個疑問:
"我目前都是照著晶片的型號上網找datasheet,但大部分我查到的晶片datasheet都沒有詳細寫出功耗,請問一般大家在做模擬的時候是怎麼得到這些資訊的呢? "
這說起來是一個很實際的問題,可以說是系統模擬必卡的一關了,從這裡開始我們必須第一次面對所謂的學用落差,課本上的題目都幫忙把參數列好,你看多貼心,而實際上這卻可能是花最多時間的一關
這個題目我們可以分成兩個層面來看他:
- 所謂的功耗是理想模型
- Datasheet 的用途
所謂的功耗是理想模型
對我們機械人來說 (別的人不好說,至少我自己一開始是這樣),只要是打在板子上,看起來有封裝的我都叫他IC,誰知道有什麼不同? 然後我要做模擬,少囉嗦快給我功耗。然後就沒有然後了。
所謂的科目其實是一段一段的模型,對熱傳模型就是用功耗,溫度,材料參數等等東西架起來的東西。
BUT! 我們這個功耗怎麼來? 是來自於上游的電子電路模型,但是人家模型裡的功耗是一個動態變動值。
雖然電路學模型有P=IV這麼件事,但是它的I是一個最簡單也是有duty cycle的方波,和一直線相差甚遠。
就我自己的經驗,晶片至少我們可以分成末端應用IC和中間的Power Stage IC
末端應用像是PCH, CPU, GPU, LAN chip之類的,通常會以TDP作為規格,例如同一顆CPU就會分成7,8種規格對應到不同的performance,從高階到低階,當然,瓦數越高效能越好。這種類型的就單純,一定找得到。
如果是Power Stage IC就比較麻煩了,因為電流只是經過他,人家根本不知道你要拿來幹嘛,它就是配合後面電感電容當變壓器降壓。當然它一定會因為內阻而發熱,取而代之的是,可以找到一條曲線來做功耗的計算。
上圖就是一個範例,他會標明測試條件,以及電流與功耗曲線,再來就是需要取得經過IC的電流大小來推算功耗,當然之後又會遇到另一個問題是,大電流狀況下Power Stage可能有7個,然後EE跟你說實際上負載不平均,但你不要管他。
Datasheet 的用途
基本上這東西還是主要給EE使用的,大部分還是有關於電氣特性,所以其他熱特性都是很草草的帶過,至於他有沒有功耗資料,有時候是有的,但是沒列在上面。如果是功耗很小可能2W以內的那種,用被動散熱就夠的常常它乾脆就不標了,因為說實在的測功耗也蠻花時間的,作TTV(Thermal test vehicle)又是另一段故事。或是像CPLD或是DRAM這種它功耗可大可小,它可能另外有一個小工具,試算表,或是另一份文件讓你可以稍微估一下,一顆晶片的資料常常都是好多份,datasheet只是其中的一份。
再來是大功耗的像是PCH或是CPU,這種一定會搭配散熱方案的。除了會標以外,大間的還會有thermal model給我們做模擬用,但是以上這些資料呢,就要你是它的客戶才拿的到了。做系統模擬的時候一般還是抓大放小,如果小的也很想抓功耗,那你只能用內阻和duty cycle下去算了。
大的一般都會標,但要有參考性還是得要用廠商提供的 thermal model,用datasheet的參數抓2R模型之類的方法只能做很粗淺的概算,不能要求準度,但有時候我們也沒什麼選擇就是了。