DC/DC轉(zhuǎn)換器效能提高，降低移動處理器功耗

行動裝置處理器功耗過高問題，可望藉由提升直流對直流(DC-DC)電源轉(zhuǎn)換器效能獲得改善。具有更低暫態(tài)響應(yīng)的DC-DC電源轉(zhuǎn)換晶片，由于輸出電壓不易產(chǎn)生波動，有助行動裝置處理器能在穩(wěn)定的低電壓下運作，進而達到省電的目的。

因此，為保證處理器所能達到的效能，直流對直流電源轉(zhuǎn)換器通常需要在較高的電壓狀況下運作，而不是如理想狀況那般，盡可能以最低的電壓狀況下運作。

有鑒于此，在開發(fā)處理器時，為延長寶貴的電池壽命而耗費許多人力完成的設(shè)計，可能會因為驅(qū)動處理器的是一個不合標準的直流對直流電源轉(zhuǎn)換器而白白浪費，這個直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的暫態(tài)效能，及精確性可能都有不足之處。

透過本文的描述，將可看到一個內(nèi)建暫態(tài)效能很好的直流對直流電源轉(zhuǎn)換器，如何為電源管理IC(PMIC)達到更好的省電效果。

確保處理器正常運作　電壓輸出功率須穩(wěn)定

處理器制造商耗費許多時間于處理器的功率電路上，只為了要確保在效能最大化之余，功耗也能降至最低。在某些狀況下，處理器會調(diào)整效能以匹配最低可能功率，或甚至是采用動態(tài)機制，根據(jù)處理器能力調(diào)整核心的電壓。

處理器需有最低電壓才能維持正確的效能。然而，在正常的運作狀況下，直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓會受到許多因素的影響而有所變動，例如元件的變異性、直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的運作模式，與暫態(tài)負載等因素。

這表示直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓通常需要標示正/負公差水準，才能確保處理器正確運作，而直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓水準則必須盡可能在最低值加上公差的范圍內(nèi)運作。

因此，若處理器只有在特定電壓之下才能保證維持特定的效能，那么直流對直流電源轉(zhuǎn)換器就必須在一個較高的電壓下運作，如此才可以應(yīng)付電壓下降、精確性不足，及通常會被忘記或是忽略掉的暫態(tài)反應(yīng)等影響因素。

因此，若能將直流對直流電源轉(zhuǎn)換器在暫態(tài)負載下的輸出效能調(diào)整到最佳化，那么由其供電的處理器，就可在最低功耗下發(fā)揮最大的效能。藉由檢視技術(shù)較先進的PMIC產(chǎn)品內(nèi)建的直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的暫態(tài)效能，可發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)化的效能就能為數(shù)種不同運作模式節(jié)省許多的電池壽命。

如圖1所示，一個整合型電源管理次系統(tǒng)，可提供一個具有成本效益及彈性的單晶片電源管理解決方案。它是特別針對一系列低功率可攜式消費性產(chǎn)品的需求而設(shè)計，但同樣也適用于任何具有多媒體處理器的應(yīng)用。已有廠商推出可支援安謀國際(ARM)處理器運作的PMIC，但同時也能支援大部分的應(yīng)用，以及各種低功耗多媒體應(yīng)用的核心行動處理器。

圖1 高整合度PMIC系統(tǒng)電路圖

整合型PMIC助力　實現(xiàn)低功耗處理器

直流對直流電源轉(zhuǎn)換器BuckWise技術(shù)，可以提供2.5安培(A)的輸出電流，它具備可程式化InstantConfig EEPROM引導(dǎo)程序配置、安全的即時時脈(RTC)、輔助性類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)、低功率32kHzRTC晶體振蕩器、I2C及DVS介面等各種優(yōu)勢的特性，除了能夠完全地量身訂制之外，尚可以產(chǎn)生高效率、可擴充式的解決方案。

另一方面，直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的效率，會因為運作條件不同而改變。 因此，為進行有效的比較，首先假設(shè)三種測試類別的系統(tǒng)電源效率為80%。實際的系統(tǒng)效率也會在稍后分析中有所考量，以顯示改變直流對直流電源轉(zhuǎn)換器模式的效益，將如何影響系統(tǒng)的電池壽命。

如圖2所示，在特定條件下，暫態(tài)響應(yīng)為±6毫伏特。因此就理論而言，應(yīng)用至處理器上的電壓水準，將只會比所需要的電壓高出6毫伏特而已。而且，在相似的條件下，其他的PMIC可能有機會超過±30毫伏特。

圖2 高整合度PMIC在特定條件下的直流對直流電源轉(zhuǎn)換器1及2的暫態(tài)響應(yīng)

由于處理器的功耗與電壓的平方成正比，因此可以很輕易預(yù)估出所增加的功耗。這也就表示，當(dāng)使用暫態(tài)效能較佳的直流對直流電源轉(zhuǎn)換器時，電池的使用壽命將會顯著增加。

設(shè)計人員若選擇使用具有多重運作模式的PMIC，可以針對不同系統(tǒng)進行最佳化。表1顯示在以上相同條件下，直流對直流電源轉(zhuǎn)換器在不同運作模式下的暫態(tài)效能量測值。

本文顯示出直流對直流電源轉(zhuǎn)換器暫態(tài)效能與傳統(tǒng)PMIC解決方案，在節(jié)省功率及增加電池的壽命方面，是如何的不同。一顆PMIC中內(nèi)建數(shù)顆直流對直流電源轉(zhuǎn)換器，若單看一顆直流對直流電源轉(zhuǎn)換器，目前市場中已有先進的技術(shù)能做到比一個傳統(tǒng)30毫伏特暫態(tài)效能的PMIC延長7.5%的電池壽命。

此外，這種電源節(jié)省并不須重新設(shè)計線路或增加任何元件，只須將直流對直流電源轉(zhuǎn)換器輸出電壓降至最低值就可以做到了。