移动设备发展推动,电源管理地位日重(二)

2013-11-16 11:36:18来源: 互联网

功率管理需求的多样性

  智能手机在全世界广为采用,它的市场也日趋多样化。为了提供消费者更多机种选择,供应商逐渐从高级市场扩展至入门市场,此时智能手机的平台设计方法就变得越来越重要了。他们面临极大的压力,必须每隔6到9个月就推出几种新机器,应消费者对“最新及最佳功能”的需求与对手开展竞争,而新的平台策略可以让他们管理这些流程并降低成本。

  我们也看到一波智能手机供应商与SoC厂商携手合作布局市场的趋势。这些SoC厂商能够为OEM厂商提供完整的参考平台架构,藉此协助他们加速产品上市时间及降低开发风险。当然,对于OEM厂商很重要的一点,在于是否有能力量身订制平台,可针对市场需求开发差异化的产品。

  Dialog的PMIC是一颗高度可配置的IC芯片,它能让供应商在设计智能手机的平台,以及在整个产品的“生命周期”中针对不同市场推出多款机种与设计时,能够更加具有弹性。在研发流程中,当额外的功能被增添至智能手机平台上时,它能在电路设计中支持后期变更。这也有助于降低PMIC库存,并满足消费性电子市场对于数量弹性的需求。对于新手机供应商而言,这种与SoC供应商。

  现今绝大多数的智能手机采用单核及双核的系统级芯片,高端产品则有少量四核设备。平板电脑市场大多亦是如此,不过,较大的功率需求(被动式冷却设备需4瓦,具有风扇的系统则需求7~8瓦,相比之下,智能手机则仅需1瓦左右)意味着处理器将朝向更高核数发展。

  有些人对于多核移动计算设备的需求产生质疑。这的确是实情,今日市场上销售的个人电脑大多有着双核CPU,因为大多数的软件应用程序仅有着单一线程而非多线程,因此无法在多核环境中运作,而移动设备所用的软件则更不适合于多线程。

  尽管如此,来自于多核设备的功率优势却相当显着。多核设备将简单的任务指派给一颗核,同时将更复杂的任务、需要较多功率的任务导向其他核。每一个四核或是八核的应用处理器必须以特定的顺序,从休眠状态中启动以及关机。PMIC扮演着系统传导者一般的角色,告知每一个基带或是应用处理器设备中的个别电路模块,何时需被唤醒以及何时必须进入休眠状态以节省能量。大多数的工作负载依然是单一线程,并且需要在高频下运作,所以系统级芯片必须能够有效率地提供总处理能力及单核效能。

  ARM标示为“big.LITTLE”的异构核,是将一个小型但高效的核与一个较大且较复杂的核搭配在一起,并且可以在两者之间切换。功率再一次面临挑战,必须要透过高效的电源管理解决方案来降低切换所造成的功率损耗。简而言之,若每一个电路模块都要同时处在高效能模式,则将无法具备足够的功率或散热能力。当你在执行一款高度真实感及具互动性的游戏时,显示屏幕与GPU将会使用大部分的功率;这时CPU必须降低频率与电压,以便于提供最佳的整体效能。假如这时也出现明显的无线数据流量时,一切将变得更为复杂。最终的结果就是,必须要有一颗先进的PMIC来处理这些流程的切换。

  4G LTE与功率效能挑战

  4G LTE智能手机也带来功率效能上的挑战。现今的数字模块技术可以将更多的资料位压缩至每一个RF频道,其结果是造成更为复杂的波形,同时有着较高的“波峰因素”(crest factors),波峰因素是指波峰相对于平均功率比值(PAPR)。

  LTE信号有着非常高的波峰因素(一般而言是7.5到8-dB PAPR),导致发射器必须具有较高的峰值功率需求。传统的固定电压功率放大器(PAs)在处于发射波形的波峰时,且处于压缩状态下时,具有极佳的能源效率。假如设计工程师倾向于使用可以逐渐增加的较大型供应电压功率放大器时,许多的能量将被浪费掉;同时在下次电池充电之前,LTE设备的可利用时间可能会降低到一个小时之内。

  为了将功率效能优化,必须使用两颗辅助PMIC来管理智能手机上较为复杂的电压与电流需求。封包追踪(Envelope tracking)也是一项新兴且有潜力的电源供应技术,可用来改善4G LTE移动电话的无线频率功率放大器(Radio Frequency Power Amplifiers)的能源效率。它以动态的供应电压取代无线频率功率放大器供应固定的直流电压,如此一来可以更密切的追踪振幅,或是发射之无线频率信号的“封包”。

  封包追踪技术的目标,在于改善功率放大器承载较高波峰平均功耗比(peak- to average-power-ratio)信号的效率。要在有限的频谱资源内提供高资料处理能力,必需使用有着较高波峰平均功耗比的线性模块。很不幸的是,传统的电压源固定的功率放大器,在这些情况下运转时,其效率都较低。在封包追踪的功率放大器中,可藉由改变功率放大器的供应电压,来与无线频率信号的封包同步,进而改善其效率。功率放大器的基本输出特性——功率、效率、增益、以及相位——倚赖两项输入控制、无线频率输入功率以及供应电压而定,而且可以用 3D 外观来呈现。

  节省电路板空间

  OEM厂商也面临节省电路板空间的压力,他们必须释放出更多的面积以容纳新功能,同时还要维持设备的轻薄短小并降低成本。针对这些目标,3D封装或是芯片堆栈技术的使用能产生优势。一般而言,芯片堆栈是利用低密度接线或焊锡凸块连接不同堆栈层。Dialog是首次在单一封装中整合或堆栈完全可配置PMIC 及低功耗Audio CODEC的公司之一,如此能大幅有助于客户节省电路板空间及成本。这是在单芯片上整合超过40个不同高低电压的电路及类比功能。

  节省空间还不够,同时,Dialog的音频编解码芯片还能为消费设备提供优异的音频效能。藉由在DSP数字信号处理器)内整合先进回音消除软件,Dialog的Audio CODEC(编解码器)能过滤背景杂音并增加声音清晰度,如此一来,即使是在嘈杂的环境中也能提供丰富、低频及高清晰的频率。

  除了芯片堆栈技术外,未来我们将看见其他节省电路板空间新技术的现身。其中一种技术是3D整合,是透过直通硅晶穿孔(Through-Silicon Vias, TSVs)连接不同的电路层,TSV较为密集且能提供更强大的连接能力,可以跨越更多层并节省更多电力。3D整合一开始是被用来封装高速存储器及SoC,用来为绘图功能提供更优异的带宽,而它现在绝对是未来值得被好好观察的领域。

关键字:移动设备  电源管理

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1116/article_20813.html
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