功率管理需求的多樣性

　　智能手機(jī)在全世界廣為采用，它的市場(chǎng)也日趨多樣化。為了提供消費(fèi)者更多機(jī)種選擇，供應(yīng)商逐漸從高級(jí)市場(chǎng)擴(kuò)展至入門市場(chǎng)，此時(shí)智能手機(jī)的平臺(tái)設(shè)計(jì)方法就變得越來(lái)越重要了。他們面臨極大的壓力，必須每隔6到9個(gè)月就推出幾種新機(jī)器，應(yīng)消費(fèi)者對(duì)“最新及最佳功能”的需求與對(duì)手開展競(jìng)爭(zhēng)，而新的平臺(tái)策略可以讓他們管理這些流程并降低成本。

　　我們也看到一波智能手機(jī)供應(yīng)商與SoC廠商攜手合作布局市場(chǎng)的趨勢(shì)。這些SoC廠商能夠?yàn)镺EM廠商提供完整的參考平臺(tái)架構(gòu)，藉此協(xié)助他們加速產(chǎn)品上市時(shí)間及降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，對(duì)于OEM廠商很重要的一點(diǎn)，在于是否有能力量身訂制平臺(tái)，可針對(duì)市場(chǎng)需求開發(fā)差異化的產(chǎn)品。

　　Dialog的PMIC是一顆高度可配置的IC芯片，它能讓供應(yīng)商在設(shè)計(jì)智能手機(jī)的平臺(tái)，以及在整個(gè)產(chǎn)品的“生命周期”中針對(duì)不同市場(chǎng)推出多款機(jī)種與設(shè)計(jì)時(shí)，能夠更加具有彈性。在研發(fā)流程中，當(dāng)額外的功能被增添至智能手機(jī)平臺(tái)上時(shí)，它能在電路設(shè)計(jì)中支持后期變更。這也有助于降低PMIC庫(kù)存，并滿足消費(fèi)性電子市場(chǎng)對(duì)于數(shù)量彈性的需求。對(duì)于新手機(jī)供應(yīng)商而言，這種與SoC供應(yīng)商。

　　現(xiàn)今絕大多數(shù)的智能手機(jī)采用單核及雙核的系統(tǒng)級(jí)芯片，高端產(chǎn)品則有少量四核設(shè)備。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)式冷卻設(shè)備需4瓦，具有風(fēng)扇的系統(tǒng)則需求7~8瓦，相比之下，智能手機(jī)則僅需1瓦左右）意味著處理器將朝向更高核數(shù)發(fā)展。

　　有些人對(duì)于多核移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的需求產(chǎn)生質(zhì)疑。這的確是實(shí)情，今日市場(chǎng)上銷售的個(gè)人電腦大多有著雙核CPU，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的軟件應(yīng)用程序僅有著單一線程而非多線程，因此無(wú)法在多核環(huán)境中運(yùn)作，而移動(dòng)設(shè)備所用的軟件則更不適合于多線程。

　　盡管如此，來(lái)自于多核設(shè)備的功率優(yōu)勢(shì)卻相當(dāng)顯著。多核設(shè)備將簡(jiǎn)單的任務(wù)指派給一顆核，同時(shí)將更復(fù)雜的任務(wù)、需要較多功率的任務(wù)導(dǎo)向其他核。每一個(gè)四核或是八核的應(yīng)用處理器必須以特定的順序，從休眠狀態(tài)中啟動(dòng)以及關(guān)機(jī)。PMIC扮演著系統(tǒng)傳導(dǎo)者一般的角色，告知每一個(gè)基帶或是應(yīng)用處理器設(shè)備中的個(gè)別電路模塊，何時(shí)需被喚醒以及何時(shí)必須進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。大多數(shù)的工作負(fù)載依然是單一線程，并且需要在高頻下運(yùn)作，所以系統(tǒng)級(jí)芯片必須能夠有效率地提供總處理能力及單核效能。

　　ARM標(biāo)示為“big.LITTLE”的異構(gòu)核，是將一個(gè)小型但高效的核與一個(gè)較大且較復(fù)雜的核搭配在一起，并且可以在兩者之間切換。功率再一次面臨挑戰(zhàn)，必須要透過(guò)高效的電源管理解決方案來(lái)降低切換所造成的功率損耗。簡(jiǎn)而言之，若每一個(gè)電路模塊都要同時(shí)處在高效能模式，則將無(wú)法具備足夠的功率或散熱能力。當(dāng)你在執(zhí)行一款高度真實(shí)感及具互動(dòng)性的游戲時(shí)，顯示屏幕與GPU將會(huì)使用大部分的功率；這時(shí)CPU必須降低頻率與電壓，以便于提供最佳的整體效能。假如這時(shí)也出現(xiàn)明顯的無(wú)線數(shù)據(jù)流量時(shí)，一切將變得更為復(fù)雜。最終的結(jié)果就是，必須要有一顆先進(jìn)的PMIC來(lái)處理這些流程的切換。

　　4G LTE與功率效能挑戰(zhàn)

　　4G LTE智能手機(jī)也帶來(lái)功率效能上的挑戰(zhàn)。現(xiàn)今的數(shù)字模塊技術(shù)可以將更多的資料位壓縮至每一個(gè)RF頻道，其結(jié)果是造成更為復(fù)雜的波形，同時(shí)有著較高的“波峰因素”（crest factors），波峰因素是指波峰相對(duì)于平均功率比值（PAPR）。

　　LTE信號(hào)有著非常高的波峰因素（一般而言是7.5到8-dB PAPR），導(dǎo)致發(fā)射器必須具有較高的峰值功率需求。傳統(tǒng)的固定電壓功率放大器（PAs）在處于發(fā)射波形的波峰時(shí)，且處于壓縮狀態(tài)下時(shí)，具有極佳的能源效率。假如設(shè)計(jì)工程師傾向于使用可以逐漸增加的較大型供應(yīng)電壓功率放大器時(shí)，許多的能量將被浪費(fèi)掉；同時(shí)在下次電池充電之前，LTE設(shè)備的可利用時(shí)間可能會(huì)降低到一個(gè)小時(shí)之內(nèi)。

　　為了將功率效能優(yōu)化，必須使用兩顆輔助PMIC來(lái)管理智能手機(jī)上較為復(fù)雜的電壓與電流需求。封包追蹤（Envelope tracking）也是一項(xiàng)新興且有潛力的電源供應(yīng)技術(shù)，可用來(lái)改善4G LTE移動(dòng)電話的無(wú)線頻率功率放大器（Radio Frequency Power Amplifiers）的能源效率。它以動(dòng)態(tài)的供應(yīng)電壓取代無(wú)線頻率功率放大器供應(yīng)固定的直流電壓，如此一來(lái)可以更密切的追蹤振幅，或是發(fā)射之無(wú)線頻率信號(hào)的“封包”。

　　封包追蹤技術(shù)的目標(biāo)，在于改善功率放大器承載較高波峰平均功耗比（peak- to average-power-ratio）信號(hào)的效率。要在有限的頻譜資源內(nèi)提供高資料處理能力，必需使用有著較高波峰平均功耗比的線性模塊。很不幸的是，傳統(tǒng)的電壓源固定的功率放大器，在這些情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其效率都較低。在封包追蹤的功率放大器中，可藉由改變功率放大器的供應(yīng)電壓，來(lái)與無(wú)線頻率信號(hào)的封包同步，進(jìn)而改善其效率。功率放大器的基本輸出特性——功率、效率、增益、以及相位——倚賴兩項(xiàng)輸入控制、無(wú)線頻率輸入功率以及供應(yīng)電壓而定，而且可以用 3D 外觀來(lái)呈現(xiàn)。

　　節(jié)省電路板空間

　　OEM廠商也面臨節(jié)省電路板空間的壓力，他們必須釋放出更多的面積以容納新功能，同時(shí)還要維持設(shè)備的輕薄短小并降低成本。針對(duì)這些目標(biāo)，3D封裝或是芯片堆棧技術(shù)的使用能產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)。一般而言，芯片堆棧是利用低密度接線或焊錫凸塊連接不同堆棧層。Dialog是首次在單一封裝中整合或堆棧完全可配置PMIC 及低功耗Audio CODEC的公司之一，如此能大幅有助于客戶節(jié)省電路板空間及成本。這是在單芯片上整合超過(guò)40個(gè)不同高低電壓的電路及類比功能。

　　節(jié)省空間還不夠，同時(shí)，Dialog的音頻編解碼芯片還能為消費(fèi)設(shè)備提供優(yōu)異的音頻效能。藉由在DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）內(nèi)整合先進(jìn)回音消除軟件，Dialog的Audio CODEC（編解碼器）能過(guò)濾背景雜音并增加聲音清晰度，如此一來(lái)，即使是在嘈雜的環(huán)境中也能提供豐富、低頻及高清晰的頻率。

　　除了芯片堆棧技術(shù)外，未來(lái)我們將看見其他節(jié)省電路板空間新技術(shù)的現(xiàn)身。其中一種技術(shù)是3D整合，是透過(guò)直通硅晶穿孔（Through-Silicon Vias， TSVs）連接不同的電路層，TSV較為密集且能提供更強(qiáng)大的連接能力，可以跨越更多層并節(jié)省更多電力。3D整合一開始是被用來(lái)封裝高速存儲(chǔ)器及SoC，用來(lái)為繪圖功能提供更優(yōu)異的帶寬，而它現(xiàn)在絕對(duì)是未來(lái)值得被好好觀察的領(lǐng)域。