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功率技術/新能源  

專家觀點:系統級電源管理對可攜式產品的重要性

上網時間: 2012年11月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:控制器  電源管理  智慧型手機  PMIC  可攜式 

作者:Charles Limonard / Dialog Semiconductor產品行銷經理

眾所周知,今日的消費者都希望擁有越來越聰明、越精巧、同時外型越薄的電子產品,但此類裝置的設計者持續面臨的相同需求,則在於延長電池壽命。10年前,某些手機可能充一次電就可以使用一整個星期;而今日,電池技術面臨著保持此記錄的難題,但僅有少數產品可以在正常的使用狀態下使用超過一天而不需再充電。

近幾年來,電池容量的成長每年僅能達到約11%,目前也未見可能加速的跡象,但智慧型手機、平板電腦和筆記型電腦所提供的效能和功能卻是十年前難以想像的:諸如全彩、高解析度觸控螢幕、多個無線收發器和接收器、數個GB級記憶體,以及近場通訊(NFC)等功能,而這些更多功能也代表電源的更高消耗。然而隨著越來越多功能的加入,功耗效能的成長速度卻呈現很小的等量上升。

隨著消費性電子裝置的功能越趨複雜,也使得每個電路功能擁有獨立電源管理電路的想法,很快的變成不合時宜。有效的電源管理需要系統級方法、以及深入的了解應用處理器及週邊如何互動。然而不同的電路功能如何溝通?甚麼時候需要干預處理器?在什麼情況下可以將其保持於睡眠模式?採用不同的睡眠模式的意義為何?

還有,處理器被喚醒電路的速度可以有多快?電路的電源電壓必須是恆定的,還是可以改變以節省電源,需要憑藉甚麼使用條件來評估?對於達到最佳電源管理而言,‘always on’連接代表甚麼?--唯有了解這些課題,產品設計者才能期望將系統能源消耗降至最低。而且,由於電池壽命是消費者購買時的取決要素,因此開發最佳能源管理系統,便成為目前消費性電子裝置市場的致勝關鍵。

在此值得一提的是,通常當我們談論“電源管理”時,它實際上是指”能源管理“的議題。能源消耗是功率消耗和時間的乘積,很顯然的,各個電路通電的時間,對於電池壽命有絕定性的影響,例如功能的定序的開關、定序的速度。在許多情況下,處理器所需的峰值電流可能比平均電流高達10倍。若電源管理電路管理峰值的能力越高,並可維持對最低電源需求的時間,便能使系統達到更有效的整體能源管理。

嘗試管理所有智慧型手機、平板電腦或其他可攜式電子產品的可能操作情境,現在已經變得相當複雜,而使得具備獨立數位控制器之分立式類比電源管理不再可行。這種方法以整體物料成本、產品組裝和電路板空間消耗而言都太過昂貴,而且無法提供專用電源管理IC (PMIC)所具備的效能或功能。

考慮一下這個情況。PMIC製造商在一個高僅1mm的 8x8mm BGA封裝中,包含了多個多模直流轉直流(DC/ DC)轉換器,其中一些可以並行,以提供超過14安培的總電流。其整合了多個LDO穩壓器、多個GPIO針腳,用於 RGB LED的PWM驅動器、電源和電源軌開關、系統級監控和看門狗計時器。

某些先進的元件擁有6MHz或更高的開關頻率,以將外部電感的尺寸縮減至最小;相對的,分立式電路則很少能擁有高於1MHz的效率。如此的電源管理IC可能具有寬廣的輸入電壓,其能透過從單顆鋰電池至USB電源等任何電源供電運作。

也許對於系統設計者而言,最重要的是今日的高整合度元件擁有直覺性的軟體程式,以達到電源定序和控制的測試及迅速優化,並提供創造產品差異化的機會。同樣的工具可以用來設定動態電壓調節,因此類比電路只有在要求效能需求層次時才提供。這種能源控制的複雜性,十年前也難以想像,但沒有它,許多今天的消費者將因為笨重的電池使其不利於行動,而影響了使用行動裝置帶來的美好經驗。

隨著處理器技術的強化、以及透過整合式、系統級方法來減少能源消耗,今日行動裝置的上市時程、產品尺寸、成本、性能、可靠性和操作壽命均獲致了大幅的提升。對於真正的智慧型手機來說,長達一週的電池待機時間可能不再是一個夢想…因為我們正努力使其實現。





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