融合風(fēng)成為引領(lǐng)便攜式電子產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的主導(dǎo)力量，也讓便攜式產(chǎn)品和其他電子產(chǎn)品的邊界越來越模糊，電腦、電視、投影儀等產(chǎn)品相繼縮水，為火熱的移動(dòng)便攜產(chǎn)品市場(chǎng)再添新柴。便攜式產(chǎn)品功能多樣化的同時(shí)，也讓系統(tǒng)的電源管理日趨復(fù)雜；既要全方位支持游戲、照相、音視頻、網(wǎng)絡(luò)和通信功能，還必須在螺螄殼內(nèi)作道場(chǎng)，盡可能地延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。作為所有功能的動(dòng)力之源，電源系統(tǒng)一直是便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中備受矚目的焦點(diǎn)。 在電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，便攜式產(chǎn)品是發(fā)展最迅速，也是最活躍的應(yīng)用之一。電源承擔(dān)了支持整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的重任，因而對(duì)便攜式產(chǎn)品的發(fā)展最為敏感。作為電源IC供應(yīng)商，他們對(duì)于終端系統(tǒng)的走向可以說了如指掌。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)部經(jīng)理鐘建鵬指出，隨著便攜式產(chǎn)品在處理能力上不斷提高，越來越多的新功能正不斷出現(xiàn)在便攜式應(yīng)用中?！耙允謾C(jī)為例，今天的智能手機(jī)中，主芯片處理能力幾乎接近個(gè)人電腦，各種商務(wù)、娛樂、多媒體以及GPS功能都可以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)。”此外，便攜產(chǎn)品也越來越注重用戶使用體驗(yàn)。他提醒便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)者必須不斷提高產(chǎn)品在視覺、聽覺上的表現(xiàn)，并且不斷提高產(chǎn)品的易用性。 圣邦微電子市場(chǎng)總監(jiān)徐前江認(rèn)為，電源管理IC的發(fā)展基本來自于以下四個(gè)方面的壓力：即能源轉(zhuǎn)化形式的控制；用戶對(duì)終端產(chǎn)品電池使用時(shí)間長(zhǎng)短和產(chǎn)品舒適性、時(shí)尚性的體驗(yàn)；電器待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)；以及工程師對(duì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易性、方便性的要求。因而，他得出結(jié)論，便攜產(chǎn)品電源管理IC的發(fā)展方向?yàn)椋嚎删幊袒?、使用更?jiǎn)易方便、成本更低、更高開關(guān)頻率、更小輸出紋波、能量轉(zhuǎn)換效率更高、更小更薄的封裝、接口形式靈活多樣以及與目標(biāo)系統(tǒng)結(jié)合更緊密，即要以系統(tǒng)的眼光來設(shè)計(jì)電源管理IC。 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS正當(dāng)紅 便攜式產(chǎn)品突飛猛進(jìn)的背后，電源管理功不可沒。經(jīng)歷了數(shù)十年不斷發(fā)展完善，電源管理芯片從單純的分立器件演變?yōu)镻MU與分立器件平分天下的局面。數(shù)字電源技術(shù)和模擬電源技術(shù)酣戰(zhàn)正熱，又殺出融合數(shù)字、模擬技術(shù)的混合信號(hào)電源，它們既有數(shù)字電源解決方案簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)，又可達(dá)到模擬電源方案的高效率。如今，無論從哪個(gè)角度來看，電源管理已堪稱理想之選，那么鏖戰(zhàn)在便攜式電源管理的老將們還能想出什么新招式？ “不斷增加的新功能不斷提升系統(tǒng)的處理能力，從而直接增加了產(chǎn)品的用電負(fù)荷，也令PCB的空間越來越有限?！辩娊i指出目前電源管理芯片面對(duì)的挑戰(zhàn)是在更小的空間里增加更多的電源輸出能力，并且令效率得到最大的優(yōu)化，輸出的噪聲得到最好抑制?！罢缥覀兯吹降模壳八谢诓煌娫垂芾硗?fù)涞男酒识紟缀踹_(dá)到了極限。系統(tǒng)的用電效率已經(jīng)不能單純靠提高電源轉(zhuǎn)換效率得到很大的改善。”他強(qiáng)調(diào)，提高效率的設(shè)計(jì)重點(diǎn)已經(jīng)從電源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過渡到了負(fù)載環(huán)節(jié)，如何最聰明地讓負(fù)載盡量減少不必要的耗電成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前，最常見的這類技術(shù)是動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)(DVS)。

鐘建鵬g5Tesmc

無獨(dú)有偶，飛兆半導(dǎo)體兩位專家也認(rèn)為DVS及其相關(guān)應(yīng)用將繼續(xù)成為便攜電子設(shè)備的主要發(fā)展趨勢(shì)。該公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理Peter Khailolomour說：“DVS是以智能的方式，根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)和要求來調(diào)節(jié)電壓，從而達(dá)到節(jié)能的目的?！边@項(xiàng)技術(shù)最初用于內(nèi)核處理器供電，而目前則漸漸見于RF功率放大器供電，幫助延長(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間并增加功能集。 根據(jù)任務(wù)的緊迫程度來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器運(yùn)行電壓，DVS可以平衡任務(wù)響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)低能耗。飛兆業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理John Whalen認(rèn)為：“雖然DVS的優(yōu)勢(shì)是眾所周知的，不過要證明隨同此優(yōu)勢(shì)而來的復(fù)雜性、占用空間和成本增加是合理的，卻不容易做到?！备鶕?jù)大多數(shù)定義，DVS需要一個(gè)能夠高效地逐步降低電壓的機(jī)制，這可通過引入降壓轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，而所有的降壓轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)電感/電容濾波器網(wǎng)絡(luò)。從這角度來看，使得DVS可行的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是在減小解決方案的體積和成本之余，同時(shí)保持高轉(zhuǎn)換效率。 電源管理也要“量體裁衣” 節(jié)能風(fēng)潮是推動(dòng)2010~2013年電源管理芯片利潤(rùn)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，因此未來更復(fù)雜、更昂貴的電源管理解決方案將應(yīng)運(yùn)而生。集成更多高耗電功能和越來越長(zhǎng)的使用時(shí)間繼續(xù)走向兩個(gè)極端，尤其那些對(duì)電池續(xù)航力敏感的便攜式產(chǎn)品而言，電源管理的難度將成為考驗(yàn)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。 安森美半導(dǎo)體公司計(jì)算及消費(fèi)產(chǎn)品部全球電源銷售及市場(chǎng)總監(jiān)鄭兆雄說：“要實(shí)現(xiàn)便攜設(shè)備的節(jié)能，必須選擇恰當(dāng)?shù)碾娫醇軜?gòu)及恰當(dāng)?shù)碾娫碔C?！彼€和本刊記者分享了安森美的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)：首先，設(shè)計(jì)工程師需要確定便攜設(shè)備的各項(xiàng)功能應(yīng)當(dāng)何時(shí)及為何開啟或關(guān)閉，定義出電源域，例如用戶在使用藍(lán)牙語音通信功能時(shí)，所有與語音有關(guān)的信號(hào)處理都由藍(lán)牙模塊來操作，此時(shí)主基帶中的語音處理功能應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，由此可以定義藍(lán)牙語音通信電源域、確定功率需求及功率預(yù)算。在確定電源域后，設(shè)計(jì)人員就需要有針對(duì)性地選擇恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器，如為了給高耗電的應(yīng)用處理器供電，需要選擇提供高能效(轉(zhuǎn)換效率高于90%)、低散熱、極小尺寸和外部組件數(shù)量少等優(yōu)勢(shì)的電感型DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器。而為了給射頻及噪聲敏感型功能供電，可能仍然需要低噪聲的低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器。另外，設(shè)計(jì)人員需要確定選擇先進(jìn)的電源管理功能，如DVS、動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)(DFS)等。 鐘建鵬則歸納出兼顧效率、成本和尺寸的理想方案是根據(jù)系統(tǒng)需求選擇最合適的供電方案，即根據(jù)負(fù)載的特性選擇合適的電源轉(zhuǎn)換方式。他進(jìn)一步舉例說明，對(duì)大電流低電壓的負(fù)載(如處理器核心電壓)應(yīng)該采用效率最高的DC-DC方案；而對(duì)于在供電噪聲、紋波要求很高的負(fù)載來說(如射頻或者模擬負(fù)載)，LDO通常是更好的方案?！按送?，選擇一款和系統(tǒng)要求高度匹配的PMU通常是最理想的方式。與分離器件相比，PMU的高集成度具有成本優(yōu)勢(shì)，并對(duì)電源方案進(jìn)行了合理分配?！彼f。 本土企業(yè)：跨越PMU門檻，靜候超級(jí)用戶 PMU一直以來是海外大牌企業(yè)成熟技術(shù)之間過招的利器，而近年來隨著中國(guó)本土企業(yè)在電源市場(chǎng)占有一席之地后，也逐漸試水PMU，并對(duì)PMU提出了各自的看法。 “PMU是電源廠商讓客戶降低系統(tǒng)成本的主要手段，但它和主芯片一個(gè)蘿卜一個(gè)坑的配對(duì)方式，讓它面對(duì)差異化設(shè)計(jì)時(shí)無能為力，而其單一的采購壓力讓工程師既愛又恨?！毙烨敖治鯬MU是一柄雙刃劍，既有省時(shí)省力的一面也有鬧心的一面?！岸至⒎桨福梢赃x用最匹配的生產(chǎn)工藝，以最低的成本和最好的性能，為差異化設(shè)計(jì)量身定做，其靈活多變的應(yīng)用讓客戶設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上可以獨(dú)一無二?！彼ㄗh工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)采用“按需選擇”準(zhǔn)則：若是成本敏感的設(shè)計(jì)，采用集成化方案；若是差異化設(shè)計(jì)，一般用性能好的分立方案和系統(tǒng)主芯片組合設(shè)計(jì)。 不走尋常路的上海嶺芯微電子憑借和國(guó)內(nèi)代工廠結(jié)盟的方式闖出自己的天地，而近期他們也低調(diào)地進(jìn)入了PMU市場(chǎng)。該公司CEO張翌透露，嶺芯的第一顆10通道PMU已研發(fā)成功?！半S著本土電源管理公司的不斷成長(zhǎng)，普通的DC-DC、LDO、Charger等模塊應(yīng)當(dāng)都已經(jīng)基本成熟。組裝簡(jiǎn)單PMU的技術(shù)門檻會(huì)很快不再是本土企業(yè)的攔路虎?！彼J(rèn)為阻止本土企業(yè)發(fā)展PMU的主要障礙是產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模，“總的來講，中國(guó)缺乏三星、LG之類的超級(jí)用戶，而PMU設(shè)計(jì)，特別是封測(cè)的初期投入很難在小市場(chǎng)上賺回來。” 海外品牌：PMU和分立器件不可偏廢 集成化風(fēng)潮不僅在產(chǎn)品功能上越演越烈，電源管理芯片也朝向高集成度發(fā)展；而分立方案憑借靈活的優(yōu)點(diǎn)仍占有一席之地。面對(duì)“分分合合”的電源管理芯片，拿捏集成和分立的尺度成為考驗(yàn)電源管理供應(yīng)商指揮的標(biāo)尺。面對(duì)分立和集成，Khailolomour的觀點(diǎn)是系統(tǒng)的智能劃分。在一個(gè)系統(tǒng)中大多數(shù)的電源軌具有等于或低于5V左右的低電壓，只有少數(shù)通常用于串行LED照明、電池充電或接口保護(hù)才具有較高的電壓的電源軌。Khailolomour特別指出，由于硅晶圓的制造過程包括一個(gè)層堆疊的過程，即使僅有一個(gè)或兩個(gè)通道需要高電壓設(shè)備，整個(gè)電源管理芯片(PMIC)硅片也要增加高壓掩模層，導(dǎo)致成本增多。提高集成度固然是半導(dǎo)體的大勢(shì)所趨，但要達(dá)成全面的優(yōu)化，則需要?jiǎng)?chuàng)新的系統(tǒng)劃分模式。 此外，不可以回避的是便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短，還沒有哪家電源廠商的PMU設(shè)計(jì)速度可以追得上?！癙MU的演進(jìn)速度比設(shè)備所需功能的演進(jìn)速度來得慢，因而有時(shí)PMU不能為新的特定負(fù)載點(diǎn)提供所需的性能或能量。”不僅如此， Khailolomour還提醒工程師們，如果從一個(gè)PMU向整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功率發(fā)送，則更容易出現(xiàn)噪聲問題?！耙蚨?，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須小心取舍，衡量增添一兩個(gè)分立器件的所節(jié)省的成本支出、產(chǎn)品上市時(shí)間與集成方案的潛在風(fēng)險(xiǎn)?！?即使集成電路進(jìn)入納米時(shí)代，基礎(chǔ)的分立元器件依舊有其用武之地。電源管理方面也是如此，分立方案始終有它存在的意義。“集成度和靈活性一定會(huì)存在一些的矛盾，不可能有一款PMU適合所有不同的設(shè)計(jì)?！辩娊i相信分離電源方案一定會(huì)長(zhǎng)期存在，“至于哪些構(gòu)件適合采用PMU或者分立器件，其實(shí)并沒有固定的規(guī)律，而是由具體設(shè)計(jì)來決定?！?鐘建鵬認(rèn)為，在目前，大部分的設(shè)計(jì)者希望PMU集成那些和主芯片組相關(guān)的供電功能(如DC-DC、LDO)，以及一些常規(guī)存在功能(Charger、Comparator、RTC等)； 而那些和產(chǎn)品個(gè)性設(shè)計(jì)相關(guān)的功能如燈光管理、閃光燈驅(qū)動(dòng)等，顯然由分立方案實(shí)現(xiàn)更加合適。 “電源管理芯片集成度的提高是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程?！编嵳仔壑赋鯬MIC除了提供功率，還可以集成所需的全部模擬功能，如電池充電器、USB OTG收發(fā)器、音頻信號(hào)處理及放大、白光LED驅(qū)動(dòng)器等，“但是我們看到，便攜產(chǎn)品能夠集成的新功能越來越多，而便攜產(chǎn)品開發(fā)人員面臨著開發(fā)周期越來越短的壓力。”對(duì)電源管理芯片設(shè)計(jì)人員而言，集成新功能需要他們較長(zhǎng)時(shí)間的投入，這也推動(dòng)了集成度相對(duì)較低的電源管理芯片的需求，因?yàn)楸銛y產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠在這種芯片之外，靈活地結(jié)合采用分立電源IC，快速地滿足新功能需求，使其產(chǎn)品在市場(chǎng)上形成差異化，提高競(jìng)爭(zhēng)力。 電源管理芯片的集成度會(huì)越來越高；此外，隨著新功能的出現(xiàn)，往往又需要分立的電源芯片來支持。正如鄭兆雄所說，市場(chǎng)成熟后，分立電源IC的功能可能會(huì)被集成到高集成度的電源管理IC中，但之后又可能會(huì)出現(xiàn)新的功能需求，從而需要新的分立電源IC，如此反復(fù)。因此，市場(chǎng)一方面需要高集成的電源管理芯片，另一方面又需要滿足特定新功能的分立電源芯片。