如何促使產(chǎn)品更環(huán)保

　Freescale 亞太區市場(chǎng)經(jīng)理 Norman Chan
　
　　如今, 人們之間通過(guò)電子產(chǎn)品緊密相聯(lián)，而每個(gè)電子產(chǎn)品所具有的功能也越來(lái)越多。由于需求以及生活方式的不同，要求電子產(chǎn)品必須具備互聯(lián)功能、無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)的媒體傳輸能力以及為不同應用進(jìn)行大量數據處理的能力。舉例來(lái)說(shuō)，你愿意攜帶一部只能對話(huà)而沒(méi)有音樂(lè )、視頻、游戲、郵件、拍照、及存儲功能的手機么？現階段，我們已經(jīng)可以見(jiàn)到帶有攝像甚至更先進(jìn)功能的手機。由于每個(gè)電子產(chǎn)品或設備增加了眾多的功能，電池功率、密度及容量也因此增加。這給我們所居住的環(huán)境帶來(lái)了大量的能耗、能源浪費，以及幾十億的無(wú)法回收的廢棄電池。如果處理不當，就會(huì )對我們的環(huán)境帶來(lái)很大傷害。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要做到不浪費能量或能源，每個(gè)電子產(chǎn)品的功能設計為低能高效。當然我們并不想限制電子產(chǎn)品的功能，但是我們可以通過(guò)先進(jìn)的設計、技術(shù)，以及部件系統構架集成更好地轉換能量并減少能耗。以下介紹關(guān)于這方面各種努力方向。

設計

　　從設計的角度來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在芯片級還是板級，電能的利用可以通過(guò)電量節約技術(shù)和具有各種系統操作模式的工藝功能減至最小，而并不犧牲預期或所需輸出質(zhì)量（無(wú)論是什么要求）。讓我們以手機為例，可以在不同的層面上節約電量：　

技術(shù)

　　在這方面，技術(shù)扮演著(zhù)重要的角色， 涉及每個(gè)設備或器件針對某一指定功能或性能，如何有效地利用電能。例如，制造芯片的工藝決定IC將在何種電壓運行，每個(gè)器件（晶體管，邏輯門(mén)等）如何以最小的功率工作。對于晶體管，我們將考慮設備增益。如果我們以MOSFET為例，我們則須考慮在何種Vgs將輸出何種強度的Ids。此外，還須考慮可能會(huì )消耗和損失寶貴功率的泄漏和寄生。例如在晶體管導通時(shí)，FET的Rdson會(huì )指示導電損失如何。流經(jīng)此電阻的電流將會(huì )轉化為熱能，對于設備輸出而言就是損失功率。

　　Freescale 借助首創(chuàng )的SMARTMOSTM工藝取得了極佳的效果。該工藝可輸出高功率并最優(yōu)化便攜設備的關(guān)鍵需求，如低泄漏、低Rdson。并具有高精度和很好的性能。

器件/構建塊

　　無(wú)論是有源還是無(wú)源的器件，在工作狀態(tài)下，都將有功耗損失。例如，電容將產(chǎn)生串聯(lián)電阻（ESR），其將轉化為熱損，而電感將產(chǎn)生直流電阻（DCR），其將構成對線(xiàn)路或系統的損失。法拉第告訴我們在理想狀況下這些設備不會(huì )產(chǎn)生損失，但是實(shí)際情況是任何東西都不是理想的。即使是無(wú)電阻元件也是非理想的，也將構成損失。例如，降壓轉換器在開(kāi)關(guān)FET處于關(guān)機狀態(tài)時(shí)，續流二極管要求一個(gè)正向偏壓通過(guò)以使電流流動(dòng)。這個(gè)經(jīng)過(guò)二極管的壓降將構成損失，這是由于它并不對功率輸出產(chǎn)生任何貢獻，而只是使輸出電流流動(dòng)。類(lèi)似地，LED需要正向偏壓來(lái)使其開(kāi)啟，對于某些彩色LED，這個(gè)值可能高至4V。值得慶幸的是，隨著(zhù)科技的進(jìn)步，這些不受歡迎的特點(diǎn)都越來(lái)越小了。由于封裝和電容和電感的形成取得了進(jìn)步，寄生減少，從而ESR或DCR可以減小。二極管如肖特基二極管現在采用較低的正向偏壓生產(chǎn)，從而更多的電壓可以用于輸出。同樣地，LED偏壓也越來(lái)越小。

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　　在污染環(huán)境方面，可能沒(méi)有哪個(gè)器件比我們用在便攜設備（數碼相機或移動(dòng)電話(huà)）的電池更令人擔憂(yōu)。按現在我們消費的標準，每年將扔掉幾十億計的電池。一個(gè)電池一旦用完，其壽命就終止了，將被扔掉，如果沒(méi)有恰當的處置，其中的酸和有毒化學(xué)品將會(huì )對環(huán)境造成危害。實(shí)質(zhì)上，這將對我們的環(huán)境產(chǎn)生直接的危害，而前面所說(shuō)的功率損失和寄生只是間接危害。盡管如此，由于我們人類(lèi)所需要的不斷增加的功能，以及能源使用效率的低下，助長(cháng)了電池的浪費。如今我們看到電池生產(chǎn)商采用先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)使用壽命更長(cháng)的電池。例如，20年前，大多數電池是NiMH電池而不是鋰電池（Li ion）, 而且電池單位能量也比今天的低很多?，F在鋰電池或聚合物鋰電池在手機等便攜設備中廣泛應用。人們已經(jīng)開(kāi)始引入更先進(jìn)的，在相同條件下具有更高能量密度、使用壽命更長(cháng)的電池。例如，由便攜式電子設備引發(fā)的電池技術(shù)下一浪潮，其主角是Iron-Li-ion（FeLi）電池。這些電池充電快，壽命長(cháng)，而且更安全，單位儲存能力也更高。另一技術(shù)進(jìn)步就是目前備受追捧的燃料電池，這些電池更環(huán)保，無(wú)須充電，只要有氫燃料供應就可提供能量。實(shí)際上，人們正在加快研制用于便攜應用RFID（如射頻身份認證）的燃料電池，努力使其盡快投放市場(chǎng)。另外，政府和專(zhuān)業(yè)機構如U.S. Fuel Cell Council，或燃料電池工業(yè)協(xié)會(huì )也在美國成立并致力于燃料電池的發(fā)展和普及。

　　最後,我以顯示器來(lái)結束這個(gè)構建塊列表，很多大大小小的公司，科學(xué)家或工程師試圖推出耗電更省的顯示器。如果你看一下電子產(chǎn)品，對人類(lèi)最直接的界面就是顯示器。你需要顯示器來(lái)瀏覽，玩游戲，或者查看你正在寫(xiě)的或控制的內容，或輸入你想要運行的功能。這也是數碼相機或手機LCD顯示器越來(lái)越大，顏色分辨率越來(lái)越高的原因。這也導致更多的電能消耗和電池消耗。為了解決這個(gè)矛盾，應運而生的Bi-stable顯示器技術(shù)無(wú)須消耗功率就可顯示圖片內容。我們已經(jīng)看到了諸如日本的e-books電子圖書(shū)已在使用這種技術(shù)。該技術(shù)無(wú)須電能顯示已經(jīng)顯示的圖片，而且永遠不需要。只有在需要更換或刷新時(shí)才消耗電能。而且，其具有反射手段無(wú)須背光燈，只須環(huán)境光線(xiàn)就可以了。這與傳統顯示器形成鮮明對比，如STN， LED， 或LCD都需要連續的電能來(lái)瀏覽或將圖片停留在顯示屏。這種新技術(shù)將使終端產(chǎn)品重量更輕并可以在極低的能量下運行，進(jìn)而意味著(zhù)可節省更多的能量，使我們的環(huán)境更環(huán)保。該技術(shù)最適合無(wú)須頻繁改變顯示內容的應用，如eBook,或機場(chǎng)及火車(chē)站電子時(shí)間表。該技術(shù)也廣泛被稱(chēng)為ePaper顯示（EPD），或eInk無(wú)電顯示。
　
封裝

　　封裝在降低成本，以及性能和最小化方面所作的努力由來(lái)已久。但是，直到最近，政府和各國才強制使用無(wú)鉛和符合RoHS標準的允許材料。RoHS標準即為Reduction of Hazard Substances，是一個(gè)指令，要求從電子電氣產(chǎn)品中消除鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻、某些阻燃劑、聚溴聯(lián)苯（PBB）及聚溴二苯醚（PBDE）。該指令由歐盟2006年7月1日生效。有些人們通常將RoHS稱(chēng)為無(wú)鉛指令，而實(shí)際它限制的更為廣泛，包括以下6種物質(zhì)：
　　1． Lead [鉛]
　　2． Mercury [水銀]
　　3． Cadmium [鎘]
　　4． Hexavalent Chromium (chromium xxx or Cr6+) [六價(jià)鉻]
　　5． Polybrominated Biphenyls（PBB）[聚溴聯(lián)苯]
　　6． Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE） [聚溴二苯醚]
　　　　　?。≒BB 和PBDE是使用在幾種塑料中的阻燃劑）

　　為了支持RoHS指令，自2006年3月，Freescale通過(guò)pdf和網(wǎng)絡(luò )手段來(lái)提供材料組成與合規數據（基于IPC1752表）。新產(chǎn)品將全部符合RoHS指令而舊產(chǎn)品將轉為合規產(chǎn)品。

　　盡管電池不受RoHS限制，也有指令和限制專(zhuān)門(mén)強調需要提高和保護環(huán)境免受來(lái)自電池廢物的負面作用（例如歐盟1991電池指令（91/157/EEC））。

綜述

　　對于如何使我們的環(huán)境更環(huán)保的實(shí)例就是Freescale的TPMS（輪胎壓力監控系統）。眾所周知，TPMS是一種安全監視系統，用于監視汽車(chē)輪胎壓力和溫度，如果壓力超過(guò)安全范圍就會(huì )向司機報警。Motorola或FSL是最早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的公司，始于1985年。多年以來(lái)，美國政府立法要求小型汽車(chē)必須安裝TPMS。我們也看到其他國家也在開(kāi)始采取這項措施，中國正積極推動(dòng)在大型車(chē)安裝這個(gè)系統。Freescale的TPMS解決方案在封裝IC內置了RF設備、傳感器以及MCU，可以容易持久地置于汽車(chē)輪胎。所采用的材料符合RoHS規定，將多種智能集成于單一設備意味著(zhù)更少的器件。此外，我們還有傳感器（不僅僅是壓力傳感器）用于在汽車(chē)運行時(shí)檢測， 由于無(wú)須運行IC，所以?xún)H需要很小的能量。因此，我們的TPMS壽命很長(cháng)（一般8-10年），大大超過(guò)了輪胎的壽命。這就是我們在封裝、設計、系統（軟件和硬件）及器件水平所實(shí)現的結果，我們在努力尋找途徑最小化使用地球資源。Freescale將繼續生產(chǎn)可以幫助提高機械、汽車(chē)、和電子系統能源和燃料效率的產(chǎn)品，同時(shí)也改善我們的生活。
 
　　到目前為止所提及的都是為使我們的環(huán)境更環(huán)保并且在我們每天使用的產(chǎn)品中應用的努力。十億堆電子廢物和對功率使用的低效影響我們生態(tài)系統并對我們的生存環(huán)境形成巨大危脅，我們需要現在就處理這個(gè)問(wèn)題，不可將其留到以后。政府和大公司采取更多措施來(lái)改善被污染的環(huán)境并引導大家在這個(gè)方向努力。Freescale 也不例外，通過(guò)在產(chǎn)品中使用更環(huán)保的材料和設計特點(diǎn)來(lái)改進(jìn)我們的環(huán)境。此外, Freescale還督促雇員設計和生產(chǎn)需要更少能量、更加高效,、環(huán)境更加友好的產(chǎn)品。這不僅體現在產(chǎn)品中而且是全球性計劃譬如EPP - Environmentally Preferred Products program。EPP 是Freescale針對顧客和產(chǎn)品內容的規定要求所作的努力，主要包括歐共體和中國RoHS 指令和填充料方針。

　　無(wú)須贅述，我們的人口還在增加，我們對新技術(shù)的渴求也比以往來(lái)的更加猛烈。 我們需要更有責任感，更積極主動(dòng)地使我們的環(huán)境更清潔更友好。