靈活控制供電量與順序　可配置PMIC延長(cháng)手機電池壽命

　　顯示器、處理器及無(wú)線(xiàn)通訊晶片，是智慧型手機主要的耗電來(lái)源，不過(guò)這些零組件并毋須長(cháng)時(shí)間處于運作狀態(tài)，因此手機設計人員只要利用可彈性配置供電量與供電順序的電源管理晶片（PMIC），靈活控制各關(guān)鍵元件開(kāi)關(guān)狀況，即可達到手機電池壽命極大化的目的。

　　讓手機維持長(cháng)效電池壽命的關(guān)鍵因素，其實(shí)就是試著(zhù)不要一次處理太多事情，可惜往往事與愿違。因為在這個(gè)手掌大的機器里，不斷被放進(jìn)制造商的各種技術(shù)，使其成為一種復雜的技術(shù)混合體。

　　GPS耗電兇　手機電量2小時(shí)用罄

　　全球衛星定位系統（GPS）系智慧型手機用來(lái)找出使用者所在位置的功能，必須依靠手機來(lái)接收及解碼由軌道衛星所傳送的精確時(shí)間訊號。解碼的過(guò)程需要手機內部的處理器不斷運作，藉以從背景雜訊中挑選出微弱的訊號，并沿著(zhù)開(kāi)車(chē)的路徑反覆相互比較，以測定你的位置。

　　當行駛的速度越快，則消耗的能量就越大。若在未接上充電器的情況下，使用智慧型手機做汽車(chē)導航，一般的手機電池會(huì )在1？2小時(shí)耗盡。應用處理器負載的影響可以很容易地被「測量」，你只需要將手機留置在一個(gè)固定的地方（靜止狀態(tài)下），并開(kāi)啟全球定位系統，測試電池電力的持續時(shí)間。只要在不使用時(shí)關(guān)閉全球定位系統，就能擁有最長(cháng)的電池壽命。

　　基地臺訊號強弱　決定Wi-Fi功耗

　　另外一項主要的功率消耗來(lái)源就是無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)路（Wi-Fi）介面。它所需要的功率，端視你從基地臺或是家用路由器所獲得的訊號強度而定。這不僅與物理距離有關(guān)，在路徑上吸收訊號的材料數量也有所影響，例如像是墻壁。

　　將家用路由器放置在靠近窗戶(hù)之處，然后朝向街道或花園，你就可以清楚看見(jiàn)其中的影響。你將會(huì )觀(guān)察到訊號的強度逐漸下降，不過(guò)只要是在視線(xiàn)范圍之內，訊號就可能持續好幾百公尺/碼；但若你在幾道墻之后，訊號傳送距離可能只在路由器幾公尺內而已，因為有許多訊號被墻壁吸收。

　　另一項因素是該區域內的其他Wi-Fi訊號。假如你試著(zhù)在主要街道上，或是在接近住宅區的地方搜尋Wi-Fi訊號，你將可能搜尋到二十個(gè)或更多的Wi-Fi名稱(chēng)。要在這個(gè)訊號叢林中進(jìn)入你所選擇的Wi-Fi路由器，將會(huì )需要更多功率，電池壽命也因而降低。

　　所以，當你不使用它的時(shí)候，請把Wi-Fi關(guān)閉，這將可顯著(zhù)延長(cháng)下一次的充電時(shí)間。

　　具備高資料傳輸速率　LTE影響手機電池壽命

　　在你使用手機來(lái)進(jìn)行通話(huà)，或是使用全球行動(dòng)通訊系統（GSM）、3G或長(cháng)程演進(jìn)計劃（LTE）網(wǎng)路來(lái)收發(fā)電子郵件時(shí)，類(lèi)似的效應也會(huì )開(kāi)始產(chǎn)生作用。如同使用Wi-Fi般，這些網(wǎng)路依靠基地臺來(lái)進(jìn)行電話(huà)通訊。你的電話(huà)一次鎖住一個(gè)基地臺，在當下挑選一個(gè)能提供最強訊號的基地臺，并且與它進(jìn)行通訊，甚至當你的手機沒(méi)在使用時(shí)也是一樣。

　　基地臺會(huì )檢查你的手機是否在范圍之內并且開(kāi)啟，所以它們可以將來(lái)電引導至你的手機上。假如是在范圍之內，手機則將會(huì )回覆：「是的，我仍然在此」。假如你的手機并沒(méi)有被使用來(lái)通話(huà)或是傳送資料時(shí)，這樣的過(guò)程會(huì )每15分鐘左右發(fā)生一次。

　　如果手機正在使用網(wǎng)路時(shí)，使用者有時(shí)可以聽(tīng)到這樣的過(guò)程發(fā)生：這個(gè)訊號會(huì )在音訊纜線(xiàn)上產(chǎn)生干擾，所以你會(huì )在揚聲器中聽(tīng)到「嘰嘰喳喳」雜訊爆音。即使基地臺是在范圍內，但是來(lái)電者數量達到其容量滿(mǎn)載的程度時(shí)，這種情況也還是可能會(huì )發(fā)生。這時(shí)你的電話(huà)將會(huì )動(dòng)態(tài)地被引導至另一個(gè)基地臺，這可能需要有著(zhù)更多的功率來(lái)存取它，因為訊號的強度比較弱，這也再一次影響到電池壽命。

　　智慧型手機現在也有短通訊（Short Communications）以及其他許多有潛力的服務(wù)，來(lái)將電子郵件等資訊「推播」出去。舉例而言，天氣的應用程式可能每隔5或10分鐘就會(huì )檢查新的天氣資訊。你可能會(huì )認為你沒(méi)有「使用」你的手機，但事實(shí)上它正在為你忙碌的運作著(zhù)，它就像是每天打電話(huà)給別人10小時(shí)，而這將從電池消耗掉更多的功率?？朔@種狀況的一種方法：就是從你不常使用的應用程式中，關(guān)掉自動(dòng)通知的功能，或是停用LTE、3G及Wi-Fi通訊。LTE是迄今為止擁有最高資料傳輸速率的通訊技術(shù)，將從電池取走愈多的能量；GSM或2G則使用較少的能量，因為只有較少的資料被傳遞至手機及來(lái)自手機。

　　當你在移動(dòng)時(shí)，事情會(huì )變得更為復雜，因為你將會(huì )變換基地臺非常多次。這在傳出與接入基地臺之間，將需要復雜的通訊來(lái)「換手（Hand Over）」通話(huà)或是資料的連接，而這將取用更多的能量，甚至可能在你沒(méi)有移動(dòng)的時(shí)候也會(huì )發(fā)生。在人口密集的區域里，一座單獨的建筑物可以接收來(lái)自數個(gè)不同基地臺的訊號。當你在房間內四處移動(dòng)的時(shí)候，因為無(wú)線(xiàn)訊號從墻壁反射的路徑不同，因此訊號強度將會(huì )持續變化，而被一直強迫移交至不同的基地臺。

　　避免耗電　螢幕背光源應在需要時(shí)啟用

　　另外一個(gè)智慧型手機電量之所被快速耗盡的原因在于，相較于傳統手機，使用者花費更長(cháng)時(shí)間來(lái)看著(zhù)智慧型手機螢幕。在手機中，螢幕是消耗相當多功率的項目之一，更準確地說(shuō)，是手機使用的液晶顯示器（LCD）背光源所造成的。

　　LCD內部導入采電子式控制的彩色濾光片：它會(huì )過(guò)濾掉背光板產(chǎn)生的白光。在這個(gè)背光板上有著(zhù)一些發(fā)光二極體（LED），它們會(huì )在螢幕使用時(shí)開(kāi)啟。在此的功率節約方式是將背光開(kāi)啟時(shí)間切換至最小值，所有手機在這項設定上可被設定為幾秒至幾分鐘左右。將它下調至5或10秒，如此你將可以省下許多功率。假如螢幕「變暗」或切換至「關(guān)閉」時(shí)，只要點(diǎn)擊任何按鈕就可以將背光切回至開(kāi)啟狀態(tài)。

　　新世代的有機發(fā)光二極體（OLED）顯示幕，本身可以發(fā)射出光線(xiàn)，因此不需要背光板；雖然它們應該會(huì )更有效率，但同樣的法則也適用：保持顯示幕僅在使用的時(shí)候才開(kāi)啟。

　　除了使用者本身來(lái)控制智慧型手機的消耗功率之外，利用手機軟硬體也可降低功率消耗程度。

　?。跕B］不犧牲效能　大小核架構降低處理器功耗［@C］ 不犧牲效能　大小核架構降低處理器功耗

　　在智慧型手機中有兩組重要的電腦或微處理器（MPU）：基頻處理器（BB）及應用處理器?；l處理器負責處理網(wǎng)路事宜；應用處理器則是負責處理應用程式、音訊、視訊及觸控螢幕。

　　LTE基頻處理器是一種極其復雜且先進(jìn)的裝置，它是使用20～40奈米的半導體制程所制成，換言之，一個(gè)10平方毫米的晶片包含數億個(gè)電晶體。

　　因為應用程式成為智慧型手機的銷(xiāo)售關(guān)鍵，使得應用處理器的重要性大幅增加。過(guò)去在單一應用處理器上僅有一個(gè)微處理器核心，現在可能是兩個(gè)或更多個(gè)，而且通常使用安謀國際（ARM）架構的某些版本（圖1）。這種處理器核心的增加，雖然看起來(lái)很奇怪，但卻有助于功耗下降。

　　圖1　ARM big.LITTLE架構僅在有必要時(shí)啟用功能最強大的（Cortex-A15）核心；并由效率極高的Corex-A7核心來(lái)執行大部分的工作。兩者都可以被運用在四核心處理器上。

　　安謀國際的big.LITTLE架構結合一個(gè)小的節能型Cortex-A7及一個(gè)快速的Cortex-A15來(lái)滿(mǎn)足功耗較大的任務(wù)。處理器核心的威力越強大，及所使用的核心越多，則尖峰功率需求就越高。所以這個(gè)A15會(huì )在不需它強大的處理能力時(shí)關(guān)閉，例如當你正在講電話(huà)或是寫(xiě)電子郵件的時(shí)候。假如你想要播放三維（3D）游戲時(shí)，則A15就會(huì )啟動(dòng)，因為A7可能無(wú)法處理這項工作。

　　應用處理器上越來(lái)越重要的部分在于繪圖處理器（GPU），它有助于繪制使用者介面，且是現在智慧型手機游戲如此流暢、快速的主因。GPU負責處理使用者介面、流暢的動(dòng)態(tài)渲染、3D游戲/導航、擴增實(shí)境、臉部特征偵測及手勢識別等。

　　介于Cortex-A7這種CPU及GPU之間的差異性在于，CPU比較擅長(cháng)于固定的、整數的運算，它無(wú)法快速執行浮點(diǎn)運算；然而GPU非常擅長(cháng)于浮點(diǎn)運算，但是在整數運算上就無(wú)法如CPU那般快速。先進(jìn)的應用處理器包含兩個(gè)GPU，而嵌入四個(gè)GPU的處理器則正在開(kāi)發(fā)中。

　　最新的智慧型手機出現兩個(gè)雙核心（如兩個(gè)big.LITTLE核心）以及四核心的應用處理器設計。這種開(kāi)發(fā)的重擔正轉移至軟體上：要如何在四核心之間去分配或指派任務(wù)呢？當八核心的處理器開(kāi)始出現之后，這將會(huì )成為更大的挑戰。這個(gè)問(wèn)題也與究竟多少任務(wù)會(huì )同時(shí)運行而有關(guān)。

　　在未來(lái)，更多的任務(wù)將被分配至應用處理器，來(lái)創(chuàng )造像是擴增實(shí)境這類(lèi)有效率的高階應用程式。這些有著(zhù)擴增實(shí)境的新款應用程式，如在手機照相機上可發(fā)現到的物件套用情境模式（Lassoing），極具發(fā)展潛力。這意味著(zhù)未來(lái)的應用處理器將包含著(zhù)更多個(gè)GPU，以及可能有兩個(gè)或四個(gè)CPU。

　　GPU的高尖峰效能所帶來(lái)的代價(jià)就是：功率。再一次強調，當它不被需要的時(shí)候，這個(gè)GPU可以被關(guān)閉。

　　需要時(shí)才啟用AP　可配置PMIC提高節能效益

　　在任何時(shí)候，確保僅有絕對被需要的硬體才能被驅動(dòng)，這其中的關(guān)鍵系于另一個(gè)元件：電源管理晶片（PMIC）。這個(gè)元件在系統中扮演著(zhù)如同交響樂(lè )團中的指揮角色，告訴硬體何時(shí)被喚醒以及何時(shí)進(jìn)入休眠來(lái)節省能量。這個(gè)PMIC經(jīng)常被分成基頻與應用處理器兩個(gè)部分，對于半導體產(chǎn)業(yè)而言，這在一開(kāi)始似乎是有違直覺(jué)的。傳統上，半導體產(chǎn)業(yè)是將許多功能，甚至是將許多晶片整合至一個(gè)新晶片中。然而PMIC之所以仍然維持分離，則是有一個(gè)好理由。

　　PMIC必須產(chǎn)生高達三十組不同的電源供應，方能提供正確的電壓及電流組合予基頻及應用處理器的不同元件來(lái)使用。藉由提供較低的電壓來(lái)減低處理速度，而不是在所有時(shí)間內都以尖峰速度來(lái)運行，這有可能可以節省額外的能量。因為能量的消耗與電壓成正比，因此所節省的能量相當可觀(guān)。但重要的是每一個(gè)處理器或是硬體部分都可得到完全正確的電壓，這也就是為何PMIC必須要能夠產(chǎn)生如此多的不同電壓源。

　　供電順序成為另外一項重要的考量（圖2）：工程師無(wú)法在同一時(shí)間或以隨機的順序，來(lái)開(kāi)啟三十組電壓。應用處理器須在記憶體被供電之前先驅動(dòng)，且基頻處理器必須在3G網(wǎng)路開(kāi)啟前先有電源。你也需要以正確的順序來(lái)關(guān)閉元件的電源，且這個(gè)順序必須在手機啟動(dòng)時(shí)的所有時(shí)間內都維持一致。

　　圖2　戴樂(lè )格的Power Commander GUI可以針對任何四核心、雙核心或單核心的應用處理器，配置精確的供電順序。

　　手機有著(zhù)漸進(jìn)的休眠模式，從輕眠到深度睡眠模式，這時(shí)幾乎所有的東西都關(guān)閉。大多數這種漸進(jìn)的電源管理，是終端用戶(hù)所無(wú)法察覺(jué)的。你可能注意到它偶爾會(huì )花費比正常更久的的時(shí)間來(lái)完成一定的操作，如像是啟動(dòng)您的網(wǎng)際網(wǎng)路瀏覽器。

　　PMIC也協(xié)調充電作業(yè)。不同于較舊的消費性電子裝置所使用的鎳鎘或鎳氫電池，如果你在第一次沒(méi)有完全的放電，這個(gè)記憶將會(huì )減少你可以對這個(gè)電池充電的量，而現代的手機多使用鋰離子（Li-Ion）電池，這些電池沒(méi)有「記憶」，所以頻繁的對鋰離子電池充電，除了必須找尋墻上的插座所帶來(lái)的不便之外，并無(wú)任何不利之處。事實(shí)上，經(jīng)常的從較少放電的狀態(tài)下來(lái)對它充電，反而可以改善電池的整體壽命。

　　然而，對鋰離子電池充電，其充電原理完全不同于對一些汽車(chē)的鉛酸電池充電。鋰離子電池須要非常小心且須在控制下進(jìn)行充電，甚至是以不同的模式來(lái)充電。電池的充電器分屬于好幾部分：插墻式的充電器、手機PMIC中的充電電子元件，以及電池本身內部。

　　這個(gè)PMIC偵測到不同的充電情境，例如像是從通用序列匯流排（USB）連接線(xiàn)來(lái)進(jìn)行充電、從墻上插座及無(wú)線(xiàn)充電。它在電池與手機的電子元件之間分配電源，并決定何時(shí)改變充電模式，以及何時(shí)電池已經(jīng)充飽，所以它可以停止充電程序，或是將它慢下來(lái)，并進(jìn)入涓流模式，如此當電話(huà)在使用中且還插著(zhù)充電器時(shí)，電池電量才不至于耗用殆盡。

　　總的來(lái)說(shuō)，PMIC是智慧型手機的沈默管理員，努力為你工作，使得兩次充電之間的電池壽命可以極大化，并確保在插著(zhù)充電器時(shí)能夠獲得正確的充電量。而藉由關(guān)閉浪費電量的應用程式及模式，你將可以為延長(cháng)智慧型手機電池的使用壽命伸出援手。