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JSSC 2023第1期Other

Regenerative Breaking Optimal Energy Recycling for Energy Minimization in Duty-C

提出一种在睡眠模式下通过反向电流回收能量的架构,显著降低系统能量损耗。
59.4% E_loss reduction, 56.6% total system energy savings
能量回收睡眠模式物联网可穿戴设备ARM M0处理器
创新点1:能量回收架构(系统创新) - 提出了一种新颖的系统级架构,通过在睡眠模式启动时反转降压转换器中的功率流,有效回收存储在去耦电容CO中的能量,解决了传统方法中能量通过泄漏耗散的问题,实现了59.4%的能量损失减少。
创新点2:数字运行时能量损耗优化器(方法创新) - 开发了一种全数字化的运行时能量损耗优化器,能够动态调整能量回收过程,确保在不同工作负载和睡眠持续时间下实现最优能量回收,实验显示在3.2ms睡眠时间内显著提升系统效率。
创新点3:反向电流能量回收技术(电路创新) - 创新性地利用降压转换器的反向电流特性,在睡眠模式开始时将存储在CO中的能量回馈到电源系统,减少了传统方法中的能量浪费,实现了56.6%的总系统能量节省。
创新点4:高效能量管理策略(系统创新) - 结合了动态电压调节和能量回收技术,优化了处理器在活动模式和睡眠模式之间的能量转换效率,特别适用于穿戴式和物联网设备的低功耗应用场景。
Abstract
The system on chip (SoC) domains in wearable and Internet-of-Things (IoT) applications are frequently duty-cycled, placed in a power-gated (Sleep) mode, and woken up for brief periods to perform tasks (Active mode). Duty cycling reduces steady-state leakage energy loss, but the significant quantity of energy stored in the domain decoupling capacitor ( C O )a tt h e onset of Sleep mode is discharged through domain leakage. This energy overhead significantly degrades overall system efficiency. This a