Frage zu Kubus Regel.

[Deger Ugur Y. (degerugur_y)]

Hallo Leute,

ich habe eine Frage bezüglich der Kubus-Regel. Diese ist beschrieben von 
Herr Ungerer und Herr Brinkschulte in ihrem Buch 'Mikrocontroller und 
Mikroprozessoren' unter Abschnitt 3.6.2 Energiespar-Techniken (Ab S. 
114). Siehe dazu link:

http://books.google.de/books?id=krR3spkA9K8C&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=true

Hier geht es hauptsächlich um den Energiebedarf bei Veränderung von 
Taktfrequenz und/oder Versorgungsspannung.

Was klar ist:

1. Leistungsaufnahme P verhält sich proportional zur Taktfrequenz F.
D.h: Halbiere ich die Taktfrequenz F, so halbiert sich auch die 
Leistungsaufnahme P

2. Leistungsaufnahme P ist proportional zum Quadrat der Spannung U. 
(Ohmsche Gesetz)
D.h: Halbiere ich die Spannung U (50%), so viertelt (25%) sich die 
Leistungsaufnahme P.

Was nicht klar ist:

3. Die Veränderung der Leistungsaufnahme bei gleichzeitiger Änderung von 
Versorgungsspannung und Taktfrequenz.
Da Taktfrequenz und Spannung voneinander abhängig sind, gibt es die 
sogenannte Kubus-Regel.

Die besagt:
Leistungsaufnahme P ist proportional zum Kubus der Frequenz F. (P prop 
F^3)
Leistungsaufnahme P ist proportional zum Kubus der Spannung U. (P prop 
U^3)

Hier sei die Annahme, F proportional zur Spannung U bei.

Die Herleitung ist mir klar. Jedoch ist mir nicht die konkrete Anwendung 
klar geworden?
zb.: Wie ist die Leistungsaufnahme bei Veränderung der Frequenz um 1/8 
und gleichzeitiger Veränderung der Spannung um 25%.???

Ich denke, es ist hier etwas ganz banales aber manchmal sieht man eben 
vor lauter Bäumen den Wald nicht.

Um jede Hilfe oder Tip bin ich dankbar.

[Karl H. (kbuchegg)]

Deger Ugur Y. schrieb:
> Hallo Leute,
>
> ich habe eine Frage bezüglich der Kubus-Regel. Diese ist beschrieben von
> Herr Ungerer und Herr Brinkschulte in ihrem Buch 'Mikrocontroller und
> Mikroprozessoren' unter Abschnitt 3.6.2 Energiespar-Techniken (Ab S.
> 114). Siehe dazu link:
>
> 
http://books.google.de/books?id=krR3spkA9K8C&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=true


Wo im Buch ist das ungefähr?

> Die Herleitung ist mir klar. Jedoch ist mir nicht die konkrete Anwendung
> klar geworden?
> zb.: Wie ist die Leistungsaufnahme bei Veränderung der Frequenz um 1/8
> und gleichzeitiger Veränderung der Spannung um 25%.???

Einfachere Zahlen.
Spannung halbieren         ->  P geht auf ein Vierteil zurück
gleichzeitig F halbieren   ->  P geht noch mal um die Hälfte zurück

                               1/4 * 1/2  -> 1/8

gegenüber der Ausgangsssituation bist du also nur noch bei ca. 1/8

(1/2) hoch 3  ergibt 1/8


> Ich denke, es ist hier etwas ganz banales aber manchmal sieht man eben
> vor lauter Bäumen den Wald nicht.

So wichtig ist das auch wieder nicht.
Denn die Versorgungsspannung ist dir sowieso vorgeschrieben und wenn die 
in einem Bereich möglich ist, dann hast du Rundherumperipherie, die dir 
eine bestimmte Spannung 'aufs Aug drückt', weil sonst die elektrische 
Ansteuerung kompliziert wird.

Und das die Leistungsaufnahme sinkt, wenn die Taktfrequenz sinkt, ist 
auch nicht wirklich überraschend.

Interessant ist das hauptsächlich bei batteriebetriebenen Geräten.
Ob dein Stecker-Netzteil jetzt die Schaltung mit 23mA oder mit 21.8mA 
versorgen muss, spielt so gesehen keine so große Rolle. Und wenn, dann 
schickt man den µC in den Sleep, denn dann braucht er am allerwenigsten. 
Unabhängig von der Kubus-Regel.

Genaue Daten findest du sowieso im Datenblatt des Prozessors. Was man 
aus dieser 'Kubus'-Regel mitnehmen kann: Spannung absenken bringt erst 
mal mehr als nur Frequenz absenken.
Aber abgesehen davon, ist das IMHO eine ziemlich akademische 'Formel'. 
Das was sie aussagt ist ziemlich banal und zu mehr kann man sie eh nicht 
gebrauchen.

[P. M. (o-o)]

Deger Ugur Y. schrieb:
> Da Taktfrequenz und Spannung voneinander abhängig sind, gibt es die
> sogenannte Kubus-Regel.

Sie sind eigentlich nicht voneinander abhängig. Es ist nur so, dass 
für die maximale Taktfrequenz die Spannung ungefähr proportinal zur 
Spannung ist. Aber man kann den Prozessor auch mit beliebig anderen 
Spannungen und Frequenzen unterhalb dieser Schwelle betreiben.

Deger Ugur Y. schrieb:
> zb.: Wie ist die Leistungsaufnahme bei Veränderung der Frequenz um 1/8
> und gleichzeitiger Veränderung der Spannung um 25%.???

In diesem Fall sind sie eben nicht voneinander abhängig, sondern 
werden einzeln geändert.