在任何移動多媒體設備中，觀看時間是一個極其重要的性能指標，因為它不僅代表著電池存儲能量的多少，而且還代表能量轉換的效率。能量轉換效率如此重要，原因在于電池充滿電后多媒體設備可以提供多久的觀看時間會直接影響用戶體驗。蘋果的iPhone的成功，與它出色的效率有很大的關系：8小時的通話時間、6小時的上網(wǎng)瀏覽和長達250小時的待機模式。
要達到類似上述的效率，移動多媒體設備工程師需要應用多種方法實現(xiàn)最佳的節(jié)能開發(fā)方案。這也包括NS公司的PowerWise技術，它通過自適應電壓調整滿足高功率有源子系統(tǒng)的不斷改變的時鐘周期要求。現(xiàn)在該技術正被用來根據(jù)時鐘速度的活躍程度調節(jié)CPU和DSP核心的電源電壓。此外，它還可應用在高功率的外設核心上，例如圖形或視頻處理器上。
高性能的多媒體設備通常都有一個高帶寬接口，用來連接幾百萬像素的攝像頭和LCD顯示器。這些高帶寬的串行接口均需要經過低電磁干擾(EMI)的優(yōu)化處理。此外，由于RGB LED模塊有更高的效率和調節(jié)背光的白平衡能力，背光照明將由RGB LED模塊來驅動。
設備中的揚聲器驅動應該采用橋路配置和電荷泵,這樣可以避免使用昂貴的隔直電容器，它不但會消耗電路板空間，而且還會削弱低音部份的音頻表現(xiàn)。另外，一個帶有Intellisense?誖的音頻驅動器會偵測浪費電源的短路和出現(xiàn)在耳機插座處的近似短路，該驅動器能夠判斷插入的是立體聲耳機還是揚聲器/麥克風頭戴耳機，然后自動作出適當?shù)慕涌谂渲谩?BR>
對于一些主要依靠客戶體驗來實現(xiàn)價值的產品而言，需要仔細考慮出現(xiàn)在功率預算中的每一個項目。以前，一個10mW的功耗可能并不會引起關注，因為在設備中消耗幾百毫瓦功率的組件多的是，但時至今日，一個10mW的功耗也是非常明顯的?，F(xiàn)今，系統(tǒng)中的每一塊芯片都有其高度優(yōu)化的方案，所以設計人員必須深入了解所有的芯片及其優(yōu)化方案，才能設計出擁有高質量用戶體驗的產品，進而獲得市場認可。
低功率顯示器架構
· 移動像素鏈路(MPL)接口：高帶寬的視頻接口，特點是接線數(shù)量較少，并且電磁干擾小。
· 自刷新模式：如收聽音樂或通話時，不需要運行高分辨率的視頻，此時該功能可以把視頻接口和視頻控制器關閉，并使用一個片上的幀緩存器支持時鐘、樂曲選擇清單、通信錄和即時短信應用所需的較低分辨率圖像顯示。
· RGB LED 背光驅動器：能夠在整個亮度范圍內在較低的功率下實現(xiàn)更佳的白平衡效果。它可以根據(jù)環(huán)境中溫度和光線的變化自動調節(jié)亮度和白平衡。
MPL接口
MPL可為位映射顯示器提供一個低引腳數(shù)、低EMI的高效率接口。MPL之所以能實現(xiàn)這些效果，全靠以下的一些特點：
· 較少的信號線路：它用一個串行接口取代了并行視頻數(shù)據(jù)總線，將一般多至28條的信號線路削減至3條或4條。這不但簡化了互連的線路(一般是指介于主電路板和平板顯示器模塊之間的扁平接線或柔性電路)，而且亦減少了發(fā)射電磁干擾的天線數(shù)量。
· 較低的開關電流：電流模式信號可降低開關電流。與TTL和LVCMOS的電平比較，它能夠將電流減少一個數(shù)量級以上。
· 較低的電壓擺幅：信號只有20mV的電壓擺幅，遠遠優(yōu)于1.8V的TTL和LVCMOS。
圖1所示為一個連接到平板顯示驅動器的MPL接口。圖中的MPL提供一個高帶寬的視頻接口，同時一個SPI接口則提供一個訪問顯示器驅動寄存器的接口。當沒有視頻數(shù)據(jù)傳輸時，MPL接口可以被關閉以進一步減少功耗。
LM2512A MPL串行器在一個并行視頻總線的視頻控制器和MPL之間提供了一個接口，LM2512A 能夠將24位的RGB視頻和多至三個控制信號串行化，并可把前者抖動成18位以便在MPL上傳輸。此外，三個片上式的256×8查找表能為每個顏色提供個別的色彩校正功能，并且可通過SPI接口為LM2512A的查找表和控制寄存器編程。
至于FPD95120平板顯示驅動器則集成有一個MPL接收器。對于沒有MPL接口的顯示驅動器來說，可使用一個MPL解串器來重新產生出18位的并行視頻數(shù)據(jù)。
自刷新模式
FPD95120中包含一個片上式的230Kbit局部顯示存儲器，可以在沒有視頻輸入時刷新顯示器，以便允許關閉MPL接口。當用戶不收看視頻、也不上網(wǎng)時，該功能便會啟動。但是，即使在這時也有一些功能需要顯示文字，例如即時短信或樂曲清單。當MPL接口處于關閉狀態(tài)時，可以通過SPI接口訪問FPD95120的顯示存儲器。FPD95120可支持一個240×320 像素的局部圖像顯示，分辨率為每像素3位，或者是一個320×480 像素的圖像顯示，分辨率為每像素1位。
RGB LED背光驅動器
一個具備視頻放映質量的顯示器需要配合極純凈的白色光源，這個白色光源能夠在不同的亮度設定、溫度和多個廠商平板顯示器中維持高純度的白色光。傳統(tǒng)的白光LED方案只能提供一個由白光LED供應商決定的固定色彩平衡，而一個RGB LED 光源則是把紅、綠和藍光LED的輸出合成為白光，這樣便可通過驅動器的脈沖寬度調制來調節(jié)每個顏色，從而調節(jié)合成光的色彩平衡度。RGB LED背光驅動器如圖2所示。
LP5520的RGB背光驅動器設有一個用戶可編程的校正存儲器，它能夠在-40°C～+120°C的范圍內，以每16°C為一增量級來保持每種LED顏色的光度對溫度的曲線特性。通過把一個LM20溫度傳感器安裝在LED的附近，便能夠使LP5520在一個寬闊的溫度范圍內自動維持白平衡。此外，片上的12位模/數(shù)轉換器的第二個輸入可用作一個外部的光電二極管，以用來監(jiān)視周圍環(huán)境的光度。一個主機微控制器可通過其I2C/SPI 接口去訪問LP5520的控制寄存器，從而控制LED的光線強度。
LP5520的高效升壓轉換器能夠接受一個2.9V～5.5V的寬闊輸入電壓范圍，并且產生出一個5V～20V的輸出電壓，而增量級被編程成1V。一個自適應模式可通過監(jiān)視LED驅動器的輸出，將升壓降低至有助于節(jié)能的最低有效值。
優(yōu)化音頻功率
音頻子系統(tǒng)也是高能耗產品的代表。一些主要用來聽音樂或通話的設備更是如此。音頻子系統(tǒng)的功率可通過以下的技術來優(yōu)化：
· 揚聲器驅動器配置。橋路和電荷泵驅動器可以消除大容量的隔直電容器并改善音頻的低音效果。
· Intellisense?誖輸出設備辨認。自動分辨出單聲道或立體聲耳機，并且在單聲道模式下可把多余的聲道關閉。
揚聲器驅動器配置
在音頻子系統(tǒng)中最耗電的組件可說是揚聲器驅動器，原因是它真正執(zhí)行著機械性的工作。因此，如果想有效地節(jié)能，則應由此著手。圖3所示為幾個普遍采用的驅動器配置。
在圖3中最簡單的是采用隔直流電容器的單端式驅動配置。其中的音頻驅動器由一個單一電源供電，其輸出會同時帶有交流和直流的成份，因此必需加插一個電容器來阻隔直流成份。在這種情況下，直流成份會浪費一定的功率，因為它根本沒有為產生聲音作出任何的貢獻，但其開銷仍會計算在音頻功率的預算中。在橋路配置中，揚聲器的兩邊同時由一個相同的直流成份驅動，只是把交流成份的極性倒轉，因此消除了直流失調，而流經揚聲器的電壓是兩個輸入之間的差別。至于配有電荷泵的單端式驅動，一個內部負電壓可容許輸出圍繞著接地進行中央化。圖4顯示出三種配置的波形。
由一個用單一電源供電的簡單驅動器所產生的輸出將會處于直流失調電壓的中央。假如這個失調電壓沒有被阻隔，則它會流經揚聲器或耳筒的線圈，它在8～32Ω時基本就可形成短路。但是，一個隔直流電容器不但會增加成本和占用電路板空間，而且還會有損低音的效果。
橋路配置主要是用硅來取代電容器，方法是產生兩個有180°相位差的輸出信號(反相)。雖然兩個信號均有一個相對于接地的直流失調電壓，但揚聲器并沒有連接到接地，因此沒有過多的電流流動。然而，該技術的缺點是它不能兼容標準的三接頭立體聲耳機接口，其中的兩個揚聲器會分享一個共用接地。
電荷泵配置把一個電容器放回到電路，不過由于其運行頻率高，該電容器可以比隔直流電容器更小。電荷泵可把輸出驅動到接地以下，因此輸出信號是純AC信號。這個配置的優(yōu)點是它可兼容標準的耳機，因為兩個揚聲器都是通過同一個接地驅動。
LM4982耳筒放大器采用電荷泵配置來支持兩個揚聲器的輸出。至于LM49100 Boomer?誖音頻子系統(tǒng)則擁有供單聲道揚聲器和立體聲耳筒用的獨立輸出。其中揚聲器輸出采用橋路配置，而耳筒輸出則采用電荷泵配置。兩個芯片均可通過一個來自主微控制器的I2C接口來控制音量。LM4982的架構較為簡單，它是一個介于兩個輸入和兩個輸出之間的雙放大器，而LM49100則擁有三個音頻輸入，并且可針對不同的配置切換或者混合輸入聲道以驅動單一的揚聲器聲道和兩條耳機聲道。
Intellisense輸出設備辨認
一個多用途的便攜設備可以讓不同種類的耳機插入，它們可以是供收聽音樂用的立體聲耳機，或是用于通話并設有麥克風的單聲道頭戴耳機。Intellisense技術可容許任何一種耳機插入同一個插口，而且能夠為設備自動調節(jié)驅動器配置，這樣當設備是單聲道或正把一個輸出短路到接地時，便無需再浪費多余的功率去驅動立體聲信號。
當LM4982耳筒放大器偵測到有耳筒插入時，它便會同時在左和右的輸出上施加一個小電壓，并且會經負載感受到一個最終電流。假如連接到放大器的負載超過9Ω，則放大器會以全功率去驅動它，而當小于3Ω時，LM4982便會假設一個短路到接地并將其驅動器關閉。當右聲道被短路時，Intellisense 便會把LM4982設定成單聲道模式。此外，當左聲道被短路到接地時，兩個放大器會同時被關閉來保護系統(tǒng)。Intellisense的功能可以經由來自I2C接口的命令進行啟動和關閉。
消費者對于長時間通話和觀看的需求促使設計人員為系統(tǒng)的每一個部分尋找能效最優(yōu)化的半導體器件。當設計者成功地把系統(tǒng)的主要功耗器件的功耗降低后，次要功耗器件的作用就凸現(xiàn)出來了，因為它們對通話和觀看時間的影響已逐漸明顯。一個成功產品的設計人員必須懂得所有可減低功耗的方法和工具。美國國家半導體為主要的功率消耗組件提供高度優(yōu)化的方案，使設計人員能夠把它們應用到最新的移動多媒體設計中。
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