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可拍照手機需要創新的電源技術

上網時間: 2003年10月11日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:ultraportable device  camera phone  convergence  image sensor technology  CCD 

在可攜式應用領域,近來最令人吃驚的趨勢之一是融合:整合行動電話與PDA、數位相機(DSC)、音樂播放器及全球定位系統(GPS)的智慧手機;包含相機、DSC、音訊播放器、錄音機和電影瀏覽器的音視訊錄影機;以及用於顯示器、印表機和影印機的數位紙張。雖然其中一些融合應用尚需時日才能實現商業化,但不少應用正如潮水般湧向市場。

一個重要的案例是將兩種非常成功的可攜式產品──DSC與彩色螢幕行動電話整合在單個可攜設備中的可拍照手機。本文將探討獨立的DSC,並分析將此功能整合在可拍照手機後,這種融合對功耗和電源的影響。

在過去幾年,DSC市場經歷了高速成長,現在DSC的銷量已經超過筆記型電腦,其中三分之一是高解析度(大於3百萬畫素)產品。今天的頂級數位相機具有接近5百萬畫素的解析度,並正邁向7百萬畫素。

DSC的功率需求

DSC包括許多消耗電流的模組,其關鍵元件是影像感測器,它傳統上一直採用電荷耦合元件(CCD)。最近,該關鍵元件變成了一種CMOS積體電路,它可替代傳統照相機的膠片,一般由2.7至3.3V的電源供電。

在DSC中,閃光是由氙燈產生的,它在光脈衝的持續時間內由一個可將電池電壓轉換到300V的升壓調節器供電。而在最初,氙燈是透過一個高壓(4-5kV)脈衝對燈內混合氣體進行電離而被啟動的。該脈衝是由一個選通脈衝單元發出的,它包括一個高壓脈衝變壓器和一個絕緣柵雙載子電晶體(IGBT)。

彩色顯示器背光可以透過由一個主動LED驅動器控制的四只白光LED來提供。驅動器應允許調節LED偏置電流的佔空比,以調整相對於環境光的亮度,因而將背光的功耗降至最小。調焦和快門馬達可以由一個雙電機驅動器進行驅動,鋰離子電池可以由外部充電器配接器進行充電。最後,DSP彩色相關單元可以由一個低電壓、低電流(1.2V、300mA)的降壓轉換器供電。

下面的例子可以說明這種應用的功率需求。一個掌上型DSC(130萬畫素)在拍照時消耗的峰值功率大概為2W,瀏覽圖片時的峰值功率為1.2W(假定在2.4V、500mA的供電條件下)。在這種情況下,兩個串聯的700mAh NiMH充電電池可維持近1小時的拍照和瀏覽時間。

如果說DSC是消費者追捧的對象,那麼可拍照手機正市場上熱賣。據預測,今年可拍照手機的數量將超過DSC,到2007年,生產的全部行動電話中有四分之一將具有照相機。

日本一直引領著對高階可拍照手機的需求,它們裝配有百萬畫素的影像感測器、固態儲存卡和高解析度的彩色螢幕顯示器。日本已經發佈的許多新款可拍照手機具有100萬或130萬畫素的解析度,在性能上可以替代低階DSC。用於行動電話的照相機被限定在狹小的模組內,而且一般要滿足苛刻的要求,包括1cm3的體積、100mW的功率、2.7V的電源和10美元的成本等。

影像感測器製造商之間正掀起一場技術戰。行動電話製造商希望為照像模組分配的功耗低於100mW,CCD影像感測器正接近這一極限,而CMOS感測器通常只需要一半的功率。在低解析度應用中,CMOS影像感測器憑借其低功耗特性已經勝過CCD。在高解析度(大於1百萬畫素)應用中,CCD依然是領先者。

通話時間下降

今天的可拍照手機大部份具有30萬畫素左右的解析度,而且在通話和拍照模式下消耗的峰值功率基本相同(低於1.5W)。從早前使用的DSC推斷,一個130萬畫素的可拍照手機在拍照模式下的峰值功耗(2W)將高於在通話模式下的功耗(1.5W)。這類一流的可拍照手機如果裝配一只3.6V、1,000mAh的鋰離子電池,那麼應該保證兩個小時左右的通話和拍照時間。目前的可拍照手機和DSC會具有1個8到16MB的快閃記憶體儲存棒。被稱為Mini SD卡的固態儲存卡在今年年底將達到256MB。

所有這些功能的代價是它們導致行動電話的通話時間呈螺旋式下降:從常規行動電話的6個小時下降到新型可拍照手機的1或2個小時。

隨著更高畫素的照相機、更高解析度的顯示器和更多功能被整合在行動電話中,通話時間將進一步縮短。

在工作時間下降到1至2個小時的情況下,可拍照手機遇到了與筆記型電腦類似的電源管理難題,因為兩者都依賴於相同的液晶顯示和電池技術。

為了使筆記型電腦獲得8小時的工作時間、使行動電話回覆到原來的通話時間水準,我們需要新的技術。燃料電池或電化學裝置可以將甲醇類燃料的能量直接轉化成電能,其存貯的能量可以達到現有電池的10倍。它們將在兩年內迎接黃金的發展階段。在顯示方面,有機LED可望取代現行的透射式LCD技術,因而免去消耗大量功率的背光配件。

作者:Reno Rossetti


運算業務策略總監


Fairchild公司





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