LTE傳輸功率過高 獨(dú)立PMIC適應(yīng)潮流發(fā)展

LTE手機(jī)中的應(yīng)用處理器將不再整合電源管理單元(PMU)。智能手機(jī)導(dǎo)入LTE技術(shù)后，雖可實(shí)現(xiàn)更快的聯(lián)網(wǎng)效能，卻也導(dǎo)致處理器耗電更為嚴(yán)重，因此手機(jī)制造商已開始改用獨(dú)立式且高整合度的電源管理芯片(PMIC)，以達(dá)到更高的電源管理效率。

智能手機(jī)從低端到高端的機(jī)種選擇越來越多，加上平板電腦的尺寸和定價(jià)也不斷下降，讓全球終端裝置出貨量屢創(chuàng)新高。與此同時(shí)，消費(fèi)者要在這些行動(dòng)電子產(chǎn)品上使用越來越多的多媒體內(nèi)容，并期待電池續(xù)航力越來越長(zhǎng)，因此電源管理對(duì)IC設(shè)計(jì)業(yè)者而言，顯然已成為極具挑戰(zhàn)的新課題。

盡管智能手機(jī)出貨量與日俱增，但如何為移動(dòng)裝置提升電源管理效率，已成為各家業(yè)者共同面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。根據(jù)2012年美國無線智能手機(jī)消費(fèi)者滿意度調(diào)查報(bào)告顯示，電池壽命太短是智能手機(jī)使用者最常抱怨的問題，要解決此一問題，設(shè)備制造商就必須以更創(chuàng)新的技術(shù)來規(guī)畫電源管理。

事實(shí)上，造成移動(dòng)裝置電源消耗愈來愈快的主要原因除手機(jī)功能愈來愈多外，長(zhǎng)程演進(jìn)計(jì)劃(LTE)技術(shù)逐漸普及也是主要原因之一。

隨著4G日益普及，消費(fèi)者使用智能手機(jī)與平板電腦的方式也正慢慢改變，一方面會(huì)增加使用這些產(chǎn)品的時(shí)間，一方面會(huì)讓產(chǎn)品執(zhí)行更多功率密集的動(dòng)作，LTE會(huì)提供相當(dāng)快的資料下載速度，所以移動(dòng)裝置的電力消耗也同樣快速。

設(shè)備制造商要控制電池壽命，就必須控制功耗，要控制功耗就必須控制好主處理器的效能；同樣的環(huán)環(huán)相扣，支援LTE的手機(jī)都須采用高效能的多核心應(yīng)用處理器，這些處理器都使用奈米制程，所以要開發(fā)4G產(chǎn)品，IC設(shè)計(jì)業(yè)者勢(shì)必將電源管理功能從芯片中獨(dú)立出來重新設(shè)計(jì)，而這樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)則須有許多技術(shù)挑戰(zhàn)須一一克服。

LTE傳輸功率過高電源管理設(shè)計(jì)難度加劇

在支援LTE的手機(jī)和平板電腦中，電力被快速消耗的因素有四大項(xiàng)。首先是當(dāng)用戶不使用行動(dòng)網(wǎng)路時(shí)，并不能像關(guān)閉屏幕一樣把行動(dòng)網(wǎng)路關(guān)掉。手機(jī)須時(shí)常偵測(cè)無線電波，也要時(shí)常決定和哪個(gè)基地臺(tái)連接才會(huì)有最好的效果，因此每一次的偵測(cè)掃描都會(huì)消耗電力，且手機(jī)能使用的網(wǎng)路越多，須執(zhí)行的掃描就越多。

其次，處理器工作量與日俱增也是快速消耗移動(dòng)裝置電力的主因。上網(wǎng)吃到飽的高速數(shù)據(jù)傳輸資費(fèi)，已改變消費(fèi)者使用行動(dòng)設(shè)備的方式。行動(dòng)電話的通話量雖然維持穩(wěn)定，但其實(shí)消費(fèi)者對(duì)手機(jī)的使用越趨頻繁，例如用手機(jī)來瀏覽網(wǎng)際網(wǎng)路、查看社群網(wǎng)站、玩游戲、聽音樂，而在這些應(yīng)用所花費(fèi)的時(shí)間早已多于通話功能，進(jìn)而造成電力快速消耗。

第三，數(shù)據(jù)傳輸速度的提升也同樣會(huì)造成電力快速下降。根據(jù)測(cè)試顯示，LTE的效率在傳輸較大量的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)比較高。但是，這些測(cè)試同時(shí)也指出在使用AndroidNetflix應(yīng)用程式上傳或下載一部電影時(shí)，LTE的耗電較3G為高(LTE是每小時(shí)38.2%；3G是每小時(shí)33.1%)。這是為了要控制體驗(yàn)品質(zhì)，也就是使用不同的位元速率上傳或下載音訊和視訊，以配合聯(lián)網(wǎng)速度并消除緩沖。雖然測(cè)試人員并未證實(shí)此理論，但是Netflix的桌上型應(yīng)用程式在更高聯(lián)網(wǎng)速度下的確能傳輸更多的資料，這在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中都是很常見的現(xiàn)象。顯見LTE網(wǎng)路增加傳輸速率，會(huì)對(duì)LTE數(shù)據(jù)機(jī)，以及行動(dòng)電話和平板電腦的處理造成負(fù)擔(dān)，進(jìn)而導(dǎo)致耗電較3G多。

最后，復(fù)雜的封包也會(huì)使處理器在工作時(shí)耗電量大幅增加。在改善數(shù)據(jù)傳輸速度的過程中，射頻(RF)工程師必須增加波形的復(fù)雜度，才能把更多的位元編碼傳送至電波中。LTE使用64-state正交幅度調(diào)變(QAM)及正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。但是速度越快，頻譜效率越高的網(wǎng)路，就須越強(qiáng)大的運(yùn)算能力來做訊號(hào)解碼，而處理器工作的增加就會(huì)讓耗電量大幅增加。

提升移動(dòng)裝置電池續(xù)航力新一代電源管理IC鋒芒畢露

隨著行動(dòng)網(wǎng)路技術(shù)持續(xù)改善，LTE數(shù)據(jù)機(jī)本身的功耗一定會(huì)慢慢降低。但由于LTE技術(shù)將繼續(xù)在處理器上增加負(fù)載，電源管理的部署焦點(diǎn)更應(yīng)著重于此。現(xiàn)今行動(dòng)平臺(tái)上，越來越多數(shù)量的周邊設(shè)備以及處理器核心，都不斷的推動(dòng)更復(fù)雜的電源管理功能。再者，為因應(yīng)現(xiàn)今消費(fèi)者偏好利用個(gè)人電腦的通用序列匯流排(USB)端口或車用充電器來為手機(jī)或平板電腦充電，電源管理也將必須能夠處理更多元，且復(fù)雜的充電情況。

新一代電源管理IC的特性與效能會(huì)不斷演進(jìn)，為移動(dòng)與多媒體電子產(chǎn)品的使用者改善各種不同使用模式的能源效率。目前新一代電源管理IC的作法通常會(huì)使用包含了降壓穩(wěn)壓器的多重交換式穩(wěn)壓器來供應(yīng)低電壓，例如處理器核心及輸入/輸出所需之電壓(對(duì)使用28奈米制程的處理器而言，這種電壓可能分別低個(gè)1或2伏特)、記憶體IC以及其他周邊裝置所需的電壓；而升壓轉(zhuǎn)換器也可能用來供電給屏幕背光等的LED；除此之外，整合型的低壓差(LDO)穩(wěn)壓器也可用來驅(qū)動(dòng)感應(yīng)器、LED指示器或馬達(dá)這些重要的子系統(tǒng)。

新一代的電源管理IC，可為最新的消費(fèi)性多媒體產(chǎn)品提升效能，滿足現(xiàn)今消費(fèi)者所要求的體驗(yàn)，最重要的是提升電池的電源效率，以達(dá)成消費(fèi)者能接受的電池續(xù)航力。此外，電源管理IC絕對(duì)能為子系統(tǒng)簡(jiǎn)化電源電力分配，未來這些子系統(tǒng)只會(huì)越來越多，例如兩組高解析度的百萬畫素級(jí)照相鏡頭、支援各種長(zhǎng)中短程無線通訊技術(shù)，或是可供照明與狀態(tài)指示的各種LED等。

將電源管理從基頻/應(yīng)用處理器移出，成為單獨(dú)的電源管理IC后，設(shè)計(jì)人員就有更大的彈性空間來滿足市場(chǎng)對(duì)新一代產(chǎn)品功能的需求，像是電容式多點(diǎn)觸控較大尺寸屏幕、更好的免持聽筒效能，和高解析度音訊播放功能等。此外，有些電源管理IC會(huì)整合一顆內(nèi)建數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)、編/解碼器(Codec)、D類放大器以及G類放大器等音效子系