系統(tǒng)級電源管理對可攜式產(chǎn)品的重要性

眾所周知，今日的消費(fèi)者都希望擁有越來越聰明、越精巧、同時外型越薄的電子產(chǎn)品，但此類裝置的設(shè)計者持續(xù)面臨的相同需求，則在于延長電池壽命。10年前，某些手機(jī)可能充一次電就可以使用一整個星期；而今日，電池技術(shù)面臨著保持此記錄的難題，但僅有少數(shù)產(chǎn)品可以在正常的使用狀態(tài)下使用超過一天而不需再充電。

近幾年來，電池容量的成長每年僅能達(dá)到約11%，目前也未見可能加速的跡象，但智慧型手機(jī)、平板電腦和筆記型電腦所提供的效能和功能卻是十年前難以想象的：諸如全彩、高解析度觸控螢?zāi)?、多個無線收發(fā)器和接收器、數(shù)個GB級記憶體，以及近場通訊(NFC)等功能，而這些更多功能也代表電源的更高消耗。然而隨著越來越多功能的加入，功耗效能的成長速度卻呈現(xiàn)很小的等量上升。

隨著消費(fèi)性電子裝置的功能越趨復(fù)雜，也使得每個電路功能擁有獨(dú)立電源管理電路的想法，很快的變成不合時宜。有效的電源管理需要系統(tǒng)級方法、以及深入的了解應(yīng)用處理器及周邊如何互動。然而不同的電路功能如何溝通？甚么時候需要干預(yù)處理器？在什么情況下可以將其保持于睡眠模式？采用不同的睡眠模式的意義為何？

還有，處理器被喚醒電路的速度可以有多快？電路的電源電壓必須是恒定的，還是可以改變以節(jié)省電源，需要憑借甚么使用條件來評估？對于達(dá)到最佳電源管理而言，‘always on’連接代表甚么？－－唯有了解這些課題，產(chǎn)品設(shè)計者才能期望將系統(tǒng)能源消耗降至最低。而且，由于電池壽命是消費(fèi)者購買時的取決要素，因此開發(fā)最佳能源管理系統(tǒng)，便成為目前消費(fèi)性電子裝置市場的致勝關(guān)鍵。

在此值得一提的是，通常當(dāng)我們談?wù)?ldquo;電源管理”時，它實際上是指”能源管理“的議題。能源消耗是功率消耗和時間的乘積，很顯然的，各個電路通電的時間，對于電池壽命有絕定性的影響，例如功能的定序的開關(guān)、定序的速度。在許多情況下，處理器所需的峰值電流可能比平均電流高達(dá)10倍。若電源管理電路管理峰值的能力越高，并可維持對最低電源需求的時間，便能使系統(tǒng)達(dá)到更有效的整體能源管理。

嘗試管理所有智慧型手機(jī)、平板電腦或其他可攜式電子產(chǎn)品的可能操作情境，現(xiàn)在已經(jīng)變得相當(dāng)復(fù)雜，而使得具備獨(dú)立數(shù)位控制器之分立式類比電源管理不再可行。這種方法以整體物料成本、產(chǎn)品組裝和電路板空間消耗而言都太過昂貴，而且無法提供專用電源管理IC (PMIC)所具備的效能或功能。

考慮一下這個情況。PMIC制造商在一個高僅1mm的 8x8mm BGA封裝中，包含了多個多模直流轉(zhuǎn)直流(DC/ DC)轉(zhuǎn)換器，其中一些可以并行，以提供超過14安培的總電流。其整合了多個LDO穩(wěn)壓器、多個GPIO針腳，用于 RGB LED的PWM驅(qū)動器、電源和電源軌開關(guān)、系統(tǒng)級監(jiān)控和看門狗計時器。

某些先進(jìn)的元件擁有6MHz或更高的開關(guān)頻率，以將外部電感的尺寸縮減至最??；相對的，分立式電路則很少能擁有高于1MHz的效率。如此的電源管理IC可能具有寬廣的輸入電壓，其能透過從單顆鋰電池至USB電源等任何電源供電運(yùn)作。

也許對于系統(tǒng)設(shè)計者而言，最重要的是今日的高整合度元件擁有直覺性的軟體程式，以達(dá)到電源定序和控制的測試及迅速優(yōu)化，并提供創(chuàng)造產(chǎn)品差異化的機(jī)會。同樣的工具可以用來設(shè)定動態(tài)電壓調(diào)節(jié)，因此類比電路只有在要求效能需求層次時才提供。這種能源控制的復(fù)雜性，十年前也難以想象，但沒有它，許多今天的消費(fèi)者將因為笨重的電池使其不利于行動，而影響了使用行動裝置帶來的美好經(jīng)驗。

隨著處理器技術(shù)的強(qiáng)化、以及透過整合式、系統(tǒng)級方法來減少能源消耗，今日行動裝置的上市時程、產(chǎn)品尺寸、成本、性能、可靠性和操作壽命均獲致了大幅的提升。對于真正的智慧型手機(jī)來說，長達(dá)一周的電池待機(jī)時間可能不再是一個夢想…因為我們正努力使其實現(xiàn)。