LTE设备耗电剧增,PMIC厂商转向独立式设计

2013-12-09 18:55:49来源: 互联网 关键字:LTE设备  耗电  PMIC  独立式设计

LTE手机中的应用处理器将不再整合电源管理单元(PMU)。智慧型手机导入LTE技术后,虽可实现更快的联网效能,却也导致处理器耗电更为严重,因此手机制造商已开始改用独立式且高整合度的电源管理晶片(PMIC),以达到更高的电源管理效率。

  

  戴乐格亚洲区总经理Christophe Chene

  智慧型手机从低阶到高阶的机种选择越来越多,加上平板电脑的尺寸和定价也不断下降,让全球终端装置出货量屡创新高。与此同时,消费者要在这些行动电子产品上使用越来越多的多媒体内容,并期待电池续航力越来越长,因此电源管理对IC设计业者而言,显然已成为极具挑战的新课题。

  尽管智慧型手机出货量与日俱增,但如何为行动装置提升电源管理效率,已成为各家业者共同面临的设计挑战。根据2012年美国无线智慧型手机消费者满意度调查报告显示,电池寿命太短是智慧型手机使用者最常抱怨的问题,要解决此一问题,设备制造商就必须以更创新的技术来规画电源管理。

  事实上,造成行动装置电源消耗愈来愈快的主要原因除手机功能愈来愈多外,长程演进计划(LTE)技术逐渐普及也是主要原因之一。

  随着4G日益普及,消费者使用智慧型手机与平板电脑的方式也正慢慢改变,一方面会增加使用这些产品的时间,一方面会让产品执行更多功率密集的动作,LTE会提供相当快的资料下载速度,所以行动装置的电力消耗也同样快速。

  设备制造商要控制电池寿命,就必须控制功耗,要控制功耗就必须控制好主处理器的效能;同样的环环相扣,支援LTE的手机都须采用高效能的多核心应用处理器,这些处理器都使用奈米制程,所以要开发4G产品,IC设计业者势必将电源管理功能从晶片中独立出来重新设计,而这样的创新设计则须有许多技术挑战须一一克服。

  LTE传输功率过高 电源管理设计难度加剧

  在支援LTE的手机和平板电脑中,电力被快速消耗的因素有四大项。首先是当用户不使用行动网路时,并不能像关闭萤幕一样把行动网路关掉。手机须时常侦测无线电波,也要时常决定和哪个基地台连接才会有最好的效果,因此每一次的侦测扫描都会消耗电力,且手机能使用的网路越多,须执行的扫描就越多。

  其次,处理器工作量与日俱增也是快速消耗行动装置电力的主因。上网吃到饱的高速数据传输资费,已改变消费者使用行动设备的方式。行动电话的通话量虽然维持稳定,但其实消费者对手机的使用越趋频繁,例如用手机来浏览网际网路、查看社群网站、玩游戏、听音乐,而在这些应用所花费的时间早已多于通话功能,进而造成电力快速消耗。

  第三,数据传输速度的提升也同样会造成电力快速下降。根据测试显示,LTE的效率在传输较大量的数据时会比较高。但是,这些测试同时也指出在使用Android Netflix应用程式上传或下载一部电影时,LTE的耗电较3G为高(LTE是每小时38.2%;3G是每小时33.1%)。这是为了要控制体验品质,也就是使用不同的位元速率上传或下载音讯和视讯,以配合联网速度并消除缓冲。虽然测试人员并未证实此理论,但是Netflix的桌上型应用程式在更高联网速度下的确能传输更多的资料,这在整个产业中都是很常见的现象。显见LTE网路增加传输速率,会对LTE数据机,以及行动电话和平板电脑的处理造成负担,进而导致耗电较3G多。

  最后,复杂的封包也会使处理器在工作时耗电量大幅增加。在改善数据传输速度的过程中,射频(RF)工程师必须增加波形的复杂度,才能把更多的位元编码传送至电波中。LTE使用64-state正交幅度调变(QAM)及正交频分复用(OFDM)技术。但是速度越快,频谱效率越高的网路,就须越强大的运算能力来做讯号解码,而处理器工作的增加就会让耗电量大幅增加。

  提升行动装置电池续航力 新一代电源管理IC锋芒毕露

  随着行动网路技术持续改善,LTE数据机本身的功耗一定会慢慢降低。但由于LTE技术将继续在处理器上增加负载,电源管理的部署焦点更应着重于此。现今行动平台上,越来越多数量的周边设备以及处理器核心,都不断的推动更复杂的电源管理功能。再者,为因应现今消费者偏好利用个人电脑的通用序列汇流排(USB)端口或车用充电器来为手机或平板电脑充电,电源管理也将必须能够处理更多元,且复杂的充电情况。

  新一代电源管理IC的特性与效能会不断演进,为行动与多媒体电子产品的使用者改善各种不同使用模式的能源效率。目前新一代电源管理IC的作法通常会使用包含了降压稳压器的多重交换式稳压器来供应低电压,例如处理器核心及输入/输出所需之电压(对使用28奈米制程的处理器而言,这种电压可能分别低个1或2伏特)、记忆体IC以及其他周边装置所需的电压;而升压转换器也可能用来供电给萤幕背光等的LED;除此之外,整合型的低压差(LDO)稳压器也可用来驱动感应器、LED指示器或马达这些重要的子系统。

  新一代的电源管理IC,可为最新的消费性多媒体产品提升效能,满足现今消费者所要求的体验,最重要的是提升电池的电源效率,以达成消费者能接受的电池续航力。此外,电源管理IC绝对能为子系统简化电源电力分配,未来这些子系统只会越来越多,例如两组高解析度的百万画素级照相镜头、支援各种长中短程无线通讯技术,或是可供照明与状态指示的各种LED等。

  将电源管理从基频/应用处理器移出,成为单独的电源管理IC后,设计人员就有更大的弹性空间来满足市场对新一代产品功能的需求,像是电容式多点触控较大尺寸萤幕、更好的免持听筒效能,和高解析度音讯播放功能等。此外,有些电源管理IC会整合一颗内建数位讯号处理器(DSP)、编/解码器(Codec)、D类放大器以及G类放大器等音效子系统的功能至单晶片上,这种高度整合的最大优势就是可以节省43%左右的成本。

  显而易见的,当多核架构、先进制程和4G逐渐成为市场主流时,独立的电源管理IC才是唯一能配合潮流的解决方案。

关键字:LTE设备  耗电  PMIC  独立式设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1209/article_21652.html
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