系统级电源管理对可携式产品的重要性

众所周知，今日的消费者都希望拥有越来越聪明、越精巧、同时外型越薄的电子产品，但此类装置的设计者持续面临的相同需求，则在于延长电池寿命。10年前，某些手机可能充一次电就可以使用一整个星期；而今日，电池技术面临着保持此记录的难题，但仅有少数产品可以在正常的使用状态下使用超过一天而不需再充电。
 

近几年来，电池容量的成长每年仅能达到约11%，目前也未见可能加速的迹象，但智慧型手机、平板电脑和笔记型电脑所提供的效能和功能却是十年前难以想象的：诸如全彩、高解析度触控萤幕、多个无线收发器和接收器、数个GB级记忆体，以及近场通讯(NFC)等功能，而这些更多功能也代表电源的更高消耗。然而随着越来越多功能的加入，功耗效能的成长速度却呈现很小的等量上升。
 

随着消费性电子装置的功能越趋复杂，也使得每个电路功能拥有独立电源管理电路的想法，很快的变成不合时宜。有效的电源管理需要系统级方法、以及深入的了解应用处理器及周边如何互动。然而不同的电路功能如何沟通？甚么时候需要干预处理器？在什么情况下可以将其保持于睡眠模式？采用不同的睡眠模式的意义为何？
 

还有，处理器被唤醒电路的速度可以有多快？电路的电源电压必须是恒定的，还是可以改变以节省电源，需要凭借甚么使用条件来评估？对于达到最佳电源管理而言，‘always on’连接代表甚么？－－唯有了解这些课题，产品设计者才能期望将系统能源消耗降至最低。而且，由于电池寿命是消费者购买时的取决要素，因此开发最佳能源管理系统，便成为目前消费性电子装置市场的致胜关键。
 

在此值得一提的是，通常当我们谈论“电源管理”时，它实际上是指”能源管理“的议题。能源消耗是功率消耗和时间的乘积，很显然的，各个电路通电的时间，对于电池寿命有绝定性的影响，例如功能的定序的开关、定序的速度。在许多情况下，处理器所需的峰值电流可能比平均电流高达10倍。若电源管理电路管理峰值的能力越高，并可维持对最低电源需求的时间，便能使系统达到更有效的整体能源管理。
 

尝试管理所有智慧型手机、平板电脑或其他可携式电子产品的可能操作情境，现在已经变得相当复杂，而使得具备独立数位控制器之分立式类比电源管理不再可行。这种方法以整体物料成本、产品组装和电路板空间消耗而言都太过昂贵，而且无法提供专用电源管理IC (PMIC)所具备的效能或功能。
 

考虑一下这个情况。PMIC制造商在一个高仅1mm的 8x8mm BGA封装中，包含了多个多模直流转直流(DC/ DC)转换器，其中一些可以并行，以提供超过14安培的总电流。其整合了多个LDO稳压器、多个GPIO针脚，用于 RGB LED的PWM驱动器、电源和电源轨开关、系统级监控和看门狗计时器。
 

某些先进的元件拥有6MHz或更高的开关频率，以将外部电感的尺寸缩减至最小；相对的，分立式电路则很少能拥有高于1MHz的效率。如此的电源管理IC可能具有宽广的输入电压，其能透过从单颗锂电池至USB电源等任何电源供电运作。

也许对于系统设计者而言，最重要的是今日的高整合度元件拥有直觉性的软体程式，以达到电源定序和控制的测试及迅速优化，并提供创造产品差异化的机会。同样的工具可以用来设定动态电压调节，因此类比电路只有在要求效能需求层次时才提供。这种能源控制的复杂性，十年前也难以想象，但没有它，许多今天的消费者将因为笨重的电池使其不利于行动，而影响了使用行动装置带来的美好经验。

随着处理器技术的强化、以及透过整合式、系统级方法来减少能源消耗，今日行动装置的上市时程、产品尺寸、成本、性能、可靠性和操作寿命均获致了大幅的提升。对于真正的智慧型手机来说，长达一周的电池待机时间可能不再是一个梦想…因为我们正努力使其实现。