電池續航力不夠？讓我們一起創(chuàng )新PMIC設計技術(shù)吧！

　　隨著(zhù)入門(mén)與高階智慧型手機問(wèn)市，消費者的選擇更為多元，再加上平板電腦尺寸變小且售價(jià)降低，更刺激全球市場(chǎng)銷(xiāo)售紀錄迭創(chuàng )新高；2013年無(wú)疑將是行動(dòng)運算市場(chǎng)重要的里程碑。同時(shí)，消費者希望能夠在瀏覽更多的媒體內容時(shí)維持更長(cháng)的電池續航力，故電源管理正迅速成為這個(gè)時(shí)代的焦點(diǎn)議題。

　　越來(lái)越多的預測說(shuō)明2013年智慧型手機的全球出貨量將首度超越傳統手機。市場(chǎng)研究機構IDC預測智慧型手機的出貨量將達九億一千八百六十萬(wàn)支，占全球行動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)50.1%。無(wú)論是入門(mén)或高階智慧型手機，全球售價(jià)均不斷下降，也讓消費者擁有更多元的選擇，而且隨著(zhù)長(cháng)程演進(jìn)計畫(huà)（LTE）網(wǎng)路優(yōu)化的導入，使這些「萬(wàn)能的」裝置對消費者而言更具吸引力。中國大陸在2012年取代美國成為全球智慧型手機出貨量最高的國家，此外，在巴西及印度這樣人口眾多的國家中，快速增長(cháng)的經(jīng)濟和不斷興起的中產(chǎn)階級，亦帶動(dòng)相關(guān)需求的蓬勃發(fā)展。

　　平板電腦的前景也同樣受到看好。2013年可能是平板電腦在美國的出貨量首度超越筆記型電腦的1年。消費者對于這類(lèi)型裝置的需求永無(wú)止盡，而一般認為這種情況還會(huì )在全世界長(cháng)期持續下去。IDC最近上調關(guān)于平板電腦在2013~2016年期間的出貨量預測，顯示全球平板電腦的銷(xiāo)售量在2013年可以達到一億九千零九萬(wàn)臺。至2017年底，IDC預期平板電腦供應商的出貨量將可超過(guò)叁億五千萬(wàn)臺，同時(shí)更小型及更便宜的平板電腦也將快速成長(cháng)。

　　可攜式裝置的復雜程度日益增加，高成效的電源管理方案便是極大的設計挑戰（圖1）。根據JD Powers所進(jìn)行的2012年美國無(wú)線(xiàn)智慧型手機顧客滿(mǎn)意度研究調查報告指出，對新智慧型手機的消費者而言，電池續航力不佳所造成的不滿(mǎn)意程度遠超過(guò)任何其他單一功能。且這個(gè)問(wèn)題只會(huì )隨著(zhù)時(shí)間拖延愈長(cháng)而愈嚴重，除非供應商愿意在電源管理策略上採取創(chuàng )新方式。

　　圖1 新的行動(dòng)裝置功能需求逐漸提升電源管理性能的復雜度。

　　4G智慧型手機消耗大量的電池壽命來(lái)搜尋目前比3G訊號稀少的網(wǎng)路訊號，它們必須消耗更多的電量，解碼在頻譜中被傳送的訊號。此外，消費者會(huì )更廣泛地使用行動(dòng)裝置，包括聊天、傳送簡(jiǎn)訊、發(fā)送電子郵件及瀏覽網(wǎng)頁(yè)等，但是他們也希望能夠觀(guān)看更高解析度的視訊及衛星導航地圖、能夠與小孩進(jìn)行雙向視訊電話(huà)、玩更具臨場(chǎng)感的游戲并串流音樂(lè )。同時(shí)，消費者還需要更明亮、更大，且具有更佳的觸控功能，未來(lái)還得要有觸覺(jué)反應功能的顯示螢幕。每一項特性都會(huì )大量消耗電力，這也創(chuàng )造對高效能電源管理技術(shù)的需求。

　　電源管理仍是重大挑戰

　　過(guò)去電源管理技術(shù)經(jīng)常被整合在應用處理器之內。然而，隨著(zhù)電源效能優(yōu)化重要性愈來(lái)愈高，且已成為一項技術(shù)挑戰后，這種嵌在晶片上的方法就不再可行。

　　業(yè)界輔助電源管理積體電路（Companion Power Management Integrated Circuits， PMIC）是一顆高度可程式化的晶片（圖2），能夠支援單核心或是多核心應用處理器所要求的電壓調整（Voltage Scaling）及功率輸送排序（Power Delivery Sequencing）功能，同樣的，在電話(huà)中的子系統，例如網(wǎng)路與連接性堆疊--3G、4G LTE、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路連接、藍牙（Bluetooth）以及近距離無(wú)線(xiàn)通訊（NFC）、顯示螢幕、高畫(huà)素相機，以及更多的次系統皆為如此。

　　圖2 電源管理正從應用處理器中獨立出來(lái)成為一顆單獨的PMIC。

　　為何要擁有和行動(dòng)裝置上的所有通訊、多媒體及周邊處理電路高度整合在一起的輔助PMIC，其中有許多好理由。這顆PMIC必須能夠負荷高達叁十組不同的供應電源，提供給應用處理器與基頻處理器的各個(gè)部分，并正確組合電壓與電流。假如消費者的電源管理嵌在晶片上，由應用處理器來(lái)處理這些任務(wù)時(shí)，則需要有一個(gè)高電流能力的電源供應，而這僅能透過(guò)匯整許多接腳來(lái)達成。系統單晶片（SoC）的設計工程師可以使用晶片外的專(zhuān)用輔助PMIC，來(lái)提供個(gè)別低電壓、低電流電源軌，如此可避免晶片上電源管理設計方式額外產(chǎn)生晶粒及成本效益。

　　功率管理需求多樣化

　　智慧型手機在全世界廣為採用，市場(chǎng)也呈現多樣化面貌。為提供消費者更多機種選擇，供應商逐漸從高階市場(chǎng)擴展至入門(mén)市場(chǎng)，但他們面臨極大的壓力，必須每隔 6？9個(gè)月就推出新機種，以因應消費者對于「最新及最佳功能」的需求與同業(yè)競爭，此時(shí)智慧型手機平臺設計方法就變得愈來(lái)愈重要。而新的平臺策略可以讓他們管理這些流程并降低成本。

　　業(yè)界也觀(guān)察到一波智慧型手機供應商與SoC業(yè)者攜手合作布局市場(chǎng)的趨勢。這些SoC業(yè)者能夠提供塬始設備製造商（OEM）完整的參考平臺架構，藉此協(xié)助加速產(chǎn)品上市時(shí)程及降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險。當然，對于OEM很重要的一點(diǎn)，在于是否有能力量身訂製平臺，針對市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)差異化產(chǎn)品。

　　業(yè)界推出一顆可高度配置的PMIC，能讓供應商在設計智慧型手機的平臺，以及在整個(gè)產(chǎn)品的生命週期中針對不同市場(chǎng)需求推出多款機種與設計時(shí)，能夠更加具有彈性。在研發(fā)流程中，當額外的功能被增添至智慧型手機平臺上時(shí)，它能在電路板設計中支援后期變更。這也有助于降低PMIC庫存，并滿(mǎn)足消費性電子市場(chǎng)對于數量彈性的需求。對于新手機供應商而言，這種與SoC供應商合作而享有的量身訂製特性，可形成巨大的優(yōu)勢。

　　PMIC協(xié)調多核心裝置流程

　　現今絕大多數的智慧型手機採用單核及雙核的系統單晶片，高階產(chǎn)品則有少許的四核心機種，平板電腦市場(chǎng)大多亦是如此。不過(guò)，較大的功率需求（被動(dòng)式冷卻裝置需4瓦（W），具有風(fēng)扇的系統則需求7？8瓦，相比之下，智慧型手機則僅需1瓦左右）意味著(zhù)處理器將朝向更高核心數發(fā)展。

　　有些人對于多核心行動(dòng)運算裝置的需求產(chǎn)生質(zhì)疑。這的確是實(shí)情，今日市場(chǎng)上銷(xiāo)售的個(gè)人電腦大多有著(zhù)雙核心中央處理器（CPU），因為大多數軟體應用程式僅有著(zhù)單一執行緒而不是多重執行緒，因此無(wú)法在多核心中運作，供行動(dòng)裝置所用的軟體甚至更不適合于多執行