融合風成為引領(lǐng)便攜式電子產(chǎn)業(yè)前進的主導力量，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，為火熱的移動便攜產(chǎn)品市場再添新柴。便攜式產(chǎn)品功能多樣化的同時，也讓系統(tǒng)的電源管理日趨復雜；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，盡可能地延長電池的工作時間。作為所有功能的動力之源，電源系統(tǒng)一直是便攜式產(chǎn)品設(shè)計中備受矚目的焦點。 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。電源承擔了支持整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的重任，因而對便攜式產(chǎn)品的發(fā)展最為敏感。作為電源IC供應(yīng)商，他們對于終端系統(tǒng)的走向可以說了如指掌。美國國家半導體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場部經(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為例，今天的智能手機中，主芯片處理能力幾乎接近個人電腦，各種商務(wù)、娛樂、多媒體以及GPS功能都可以通過手機實現(xiàn)。”此外，便攜產(chǎn)品也越來越注重用戶使用體驗。他提醒便攜式產(chǎn)品設(shè)計者必須不斷提高產(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。 圣邦微電子市場總監(jiān)徐前江認為，電源管理IC的發(fā)展基本來自于以下四個方面的壓力：即能源轉(zhuǎn)化形式的控制；用戶對終端產(chǎn)品電池使用時間長短和產(chǎn)品舒適性、時尚性的體驗；電器待機功耗標準；以及工程師對設(shè)計簡易性、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)展方向為：可編程化、使用更簡易方便、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系統(tǒng)結(jié)合更緊密，即要以系統(tǒng)的眼光來設(shè)計電源管理IC。 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS正當紅 便攜式產(chǎn)品突飛猛進的背后，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)的混合信號電源，它們既有數(shù)字電源解決方案簡易的優(yōu)勢，又可達到模擬電源方案的高效率。如今，無論從哪個角度來看，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娫垂芾硗負涞男酒识紟缀踹_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?！彼麖娬{(diào)，提高效率的設(shè)計重點已經(jīng)從電源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過渡到了負載環(huán)節(jié)，如何最聰明地讓負載盡量減少不必要的耗電成為設(shè)計的關(guān)鍵。目前，最常見的這類技術(shù)是動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)(DVS)。

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無獨有偶，飛兆半導體兩位專家也認為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。該公司技術(shù)市場經(jīng)理Peter Khailolomour說：“DVS是以智能的方式，根據(jù)負載的狀態(tài)和要求來調(diào)節(jié)電壓，從而達到節(jié)能的目的?！边@項技術(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，幫助延長手機的通話時間并增加功能集。 根據(jù)任務(wù)的緊迫程度來動態(tài)調(diào)節(jié)處理器運行電壓，DVS可以平衡任務(wù)響應(yīng)時間和系統(tǒng)低能耗。飛兆業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理John Whalen認為：“雖然DVS的優(yōu)勢是眾所周知的，不過要證明隨同此優(yōu)勢而來的復雜性、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需要一個能夠高效地逐步降低電壓的機制，這可通過引入降壓轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，而所有的降壓轉(zhuǎn)換器都需要一個電感/電容濾波器網(wǎng)絡(luò)。從這角度來看，使得DVS可行的一個主要挑戰(zhàn)是在減小解決方案的體積和成本之余，同時保持高轉(zhuǎn)換效率。 電源管理也要“量體裁衣” 節(jié)能風潮是推動2010~2013年電源管理芯片利潤增長的主要驅(qū)動力，因此未來更復雜、更昂貴的電源管理解決方案將應(yīng)運而生。集成更多高耗電功能和越來越長的使用時間繼續(xù)走向兩個極端，尤其那些對電池續(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設(shè)計成敗的關(guān)鍵。 安森美半導體公司計算及消費產(chǎn)品部全球電源銷售及市場總監(jiān)鄭兆雄說：“要實現(xiàn)便攜設(shè)備的節(jié)能，必須選擇恰當?shù)碾娫醇軜?gòu)及恰當?shù)碾娫碔C。”他還和本刊記者分享了安森美的節(jié)能經(jīng)驗：首先，設(shè)計工程師需要確定便攜設(shè)備的各項功能應(yīng)當何時及為何開啟或關(guān)閉，定義出電源域，例如用戶在使用藍牙語音通信功能時，所有與語音有關(guān)的信號處理都由藍牙模塊來操作，此時主基帶中的語音處理功能應(yīng)當關(guān)閉，由此可以定義藍牙語音通信電源域、確定功率需求及功率預算。在確定電源域后，設(shè)計人員就需要有針對性地選擇恰當?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)計人員需要確定選擇先進的電源管理功能，如DVS、動態(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)負載的特性選擇合適的電源轉(zhuǎn)換方式。他進一步舉例說明，對大電流低電壓的負載(如處理器核心電壓)應(yīng)該采用效率最高的DC-DC方案；而對于在供電噪聲、紋波要求很高的負載來說(如射頻或者模擬負載)，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，并對電源方案進行了合理分配?！彼f。 本土企業(yè)：跨越PMU門檻，靜候超級用戶 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，而近年來隨著中國本土企業(yè)在電源市場占有一席之地后，也逐漸試水PMU，并對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，但它和主芯片一個蘿卜一個坑的配對方式，讓它面對差異化設(shè)計時無能為力，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，既有省時省力的一面也有鬧心的一面?！岸至⒎桨?，它可以選用最匹配的生產(chǎn)工藝，以最低的成本和最好的性能，為差異化設(shè)計量身定做，其靈活多變的應(yīng)用讓客戶設(shè)計的產(chǎn)品在市場上可以獨一無二。”他建議工程師在設(shè)計產(chǎn)品時采用“按需選擇”準則：若是成本敏感的設(shè)計，采用集成化方案；若是差異化設(shè)計，一般用性能好的分立方案和系統(tǒng)主芯片組合設(shè)計。 不走尋常路的上海嶺芯微電子憑借和國內(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)地進入了PMU市場。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，普通的DC-DC、LDO、Charger等模塊應(yīng)當都已經(jīng)基本成熟。組裝簡單PMU的技術(shù)門檻會很快不再是本土企業(yè)的攔路虎。”他認為阻止本土企業(yè)發(fā)展PMU的主要障礙是產(chǎn)品的市場規(guī)模，“總的來講，中國缺乏三星、LG之類的超級用戶，而PMU設(shè)計，特別是封測的初期投入很難在小市場上賺回來?！? 海外品牌：PMU和分立器件不可偏廢 集成化風潮不僅在產(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)點仍占有一席之地。面對“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電源管理供應(yīng)商指揮的標尺。面對分立和集成，Khailolomour的觀點是系統(tǒng)的智能劃分。在一個系統(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層堆疊的過程，即使僅有一個或兩個通道需要高電壓設(shè)備，整個電源管理芯片(PMIC)硅片也要增加高壓掩模層，導致成本增多。提高集成度固然是半導體的大勢所趨，但要達成全面的優(yōu)化，則需要創(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)計周期短，還沒有哪家電源廠商的PMU設(shè)計速度可以追得上?！癙MU的演進速度比設(shè)備所需功能的演進速度來得慢，因而有時PMU不能為新的特定負載點提供所需的性能或能量?！辈粌H如此， Khailolomour還提醒工程師們，如果從一個PMU向整個系統(tǒng)進行功率發(fā)送，則更容易出現(xiàn)噪聲問題?！耙蚨?，系統(tǒng)設(shè)計人員必須小心取舍，衡量增添一兩個分立器件的所節(jié)省的成本支出、產(chǎn)品上市時間與集成方案的潛在風險?！?即使集成電路進入納米時代，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?！凹啥群挽`活性一定會存在一些的矛盾，不可能有一款PMU適合所有不同的設(shè)計?！辩娊i相信分離電源方案一定會長期存在，“至于哪些構(gòu)件適合采用PMU或者分立器件，其實并沒有固定的規(guī)律，而是由具體設(shè)計來決定?！?鐘建鵬認為，在目前，大部分的設(shè)計者希望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)品個性設(shè)計相關(guān)的功能如燈光管理、閃光燈驅(qū)動等，顯然由分立方案實現(xiàn)更加合適。 “電源管理芯片集成度的提高是一個動態(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、音頻信號處理及放大、白光LED驅(qū)動器等，“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?！睂﹄娫垂芾硇酒O(shè)計人員而言，集成新功能需要他們較長時間的投入，這也推動了集成度相對較低的電源管理芯片的需求，因為便攜產(chǎn)品設(shè)計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)品在市場上形成差異化，提高競爭力。 電源管理芯片的集成度會越來越高；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，市場成熟后，分立電源IC的功能可能會被集成到高集成度的電源管理IC中，但之后又可能會出現(xiàn)新的功能需求，從而需要新的分立電源IC，如此反復。因此，市場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。