系統(tǒng)級(jí)電源管理對(duì)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(lái)越聰明、越精巧、同時(shí)外型越薄的電子產(chǎn)品，但此類裝置的設(shè)計(jì)者持續(xù)面臨的相同需求，則在于延長(zhǎng)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(gè)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(guò)一天而不需再充電。

近幾年來(lái)，電池容量的成長(zhǎng)每年僅能達(dá)到約11%，目前也未見(jiàn)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)弧⒍鄠€(gè)無(wú)線收發(fā)器和接收器、數(shù)個(gè)GB級(jí)記憶體，以及近場(chǎng)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(lái)越多功能的加入，功耗效能的成長(zhǎng)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(gè)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(shí)宜。有效的電源管理需要系統(tǒng)級(jí)方法、以及深入的了解應(yīng)用處理器及周邊如何互動(dòng)。然而不同的電路功能如何溝通？甚么時(shí)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(lái)評(píng)估？對(duì)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(jì)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(gòu)買(mǎi)時(shí)的取決要素，因此開(kāi)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(chǎng)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(shí)，它實(shí)際上是指”能源管理“的議題。能源消耗是功率消耗和時(shí)間的乘積，很顯然的，各個(gè)電路通電的時(shí)間，對(duì)于電池壽命有絕定性的影響，例如功能的定序的開(kāi)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(duì)最低電源需求的時(shí)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(guò)昂貴，而且無(wú)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(gè)情況。PMIC制造商在一個(gè)高僅1mm的 8x8mm BGA封裝中，包含了多個(gè)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(guò)14安培的總電流。其整合了多個(gè)LDO穩(wěn)壓器、多個(gè)GPIO針腳，用于 RGB LED的PWM驅(qū)動(dòng)器、電源和電源軌開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控和看門(mén)狗計(jì)時(shí)器。

某些先進(jìn)的元件擁有6MHz或更高的開(kāi)關(guān)頻率，以將外部電感的尺寸縮減至最小；相對(duì)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(guò)從單顆鋰電池至USB電源等任何電源供電運(yùn)作。

也許對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，最重要的是今日的高整合度元件擁有直覺(jué)性的軟體程式，以達(dá)到電源定序和控制的測(cè)試及迅速優(yōu)化，并提供創(chuàng)造產(chǎn)品差異化的機(jī)會(huì)。同樣的工具可以用來(lái)設(shè)定動(dòng)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(shí)才提供。這種能源控制的復(fù)雜性，十年前也難以想象，但沒(méi)有它，許多今天的消費(fèi)者將因?yàn)楸恐氐碾姵厥蛊洳焕谛袆?dòng)，而影響了使用行動(dòng)裝置帶來(lái)的美好經(jīng)驗(yàn)。

隨著處理器技術(shù)的強(qiáng)化、以及透過(guò)整合式、系統(tǒng)級(jí)方法來(lái)減少能源消耗，今日行動(dòng)裝置的上市時(shí)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(duì)于真正的智慧型手機(jī)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)達(dá)一周的電池待機(jī)時(shí)間可能不再是一個(gè)夢(mèng)想…因?yàn)槲覀冋κ蛊鋵?shí)現(xiàn)。