電源管理正迅速成為這個時代的決定性問題，因為消費者希望能夠在兩次電池充電之間更長時間地在旅途中消費更多的多媒體內(nèi)容。

我們看到全球智能手機價格下降，市場上的入門級到高端型號的選擇越來越多，4G LTE網(wǎng)絡(luò)推廣的加速，使這些“無所不能”的設(shè)備成為消費者越來越有吸引力的選擇。去年，中國取代美國成為智能手機出貨量的全球領(lǐng)導(dǎo)者，但我們也看到巴西和印度的需求迅速增長，這些國家人口眾多，經(jīng)濟(jì)高速增長，中產(chǎn)階級不斷壯大。

平板電腦的前景同樣是積極的。平板電腦今年可能首次在美國超越筆記本電腦。購買大眾無法獲得足夠的設(shè)備，預(yù)計這將在全球范圍內(nèi)長期持續(xù)下去。我們看到高端平板電腦和超移動筆記本電腦的融合，因為全世界都在弄清楚這些設(shè)備如何共存和雜交。

有效的電源管理為這些便攜式設(shè)備帶來了一系列日益復(fù)雜的設(shè)計挑戰(zhàn)。與任何其他單一功能相比，電池壽命差導(dǎo)致客戶對新智能手機的不滿程度更高。隨著時間的推移，這只會成為一個更大的問題，除非供應(yīng)商對其電源管理策略采取新的創(chuàng)新方法。

4G智能手機使用大量的電池壽命來搜索下一代網(wǎng)絡(luò)信號，這些信號目前比3G信號更稀缺，并且它們消耗更多的電池電量來解碼可以在頻譜內(nèi)傳輸?shù)母咚綌?shù)據(jù)。此外，消費者現(xiàn)在更廣泛地使用他們的移動設(shè)備 - 他們交談，發(fā)短信，發(fā)送電子郵件和上網(wǎng)沖浪，但他們也希望能夠觀看更高清的視頻和GPS地圖，進(jìn)行雙向視頻通話，玩更身臨其境的游戲和流媒體音樂。與此同時，消費者需要更明亮、更大、包含更好觸摸功能的顯示器，以及未來的觸覺反饋。這些功能中的每一個都是主要的電池消耗，因此需要有效的電源管理技術(shù)。

電源管理仍然是一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)

過去，電源管理技術(shù)曾經(jīng)集成在應(yīng)用處理器中。然而，隨著優(yōu)化電源性能的重要性變得越來越重要，并且在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，這種片上方法不再可行。Dialog的配套電源管理集成電路（PMIC）高度可編程，使其能夠支持單核或多核應(yīng)用處理器以及手機中的所有子系統(tǒng)所需的電壓調(diào)節(jié)和供電排序，例如網(wǎng)絡(luò)和連接堆棧（3G，4G LTE，Wi-Fi，藍(lán)牙和NFC），顯示器，高像素攝像頭， 以及更多。

圖 1：現(xiàn)代移動設(shè)備所期望的功能需要越來越復(fù)雜的電源管理功能。

有充分的理由擁有一個與移動設(shè)備板上的所有關(guān)鍵通信、多媒體和處理模塊高度集成的配套PMIC。PMIC必須產(chǎn)生多達(dá)30個不同的電源，以便能夠為應(yīng)用和基帶處理器的不同部分提供電壓和電流的正確組合。如果設(shè)計人員采用片上方法進(jìn)行電源管理，應(yīng)用處理器處理這些任務(wù)，他們需要一個只能通過聚合多個引腳來承載的高電流電源。片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計人員可以使用單獨的低電壓、低電流電源軌，避免片上電源管理的額外芯片和效率成本，這些電源軌由專用的配套PMIC在片外供電。

多種電源管理需求

智能手機市場正在多樣化，因為它們在全球范圍內(nèi)被采用。平臺方法在智能手機中變得越來越重要，因為供應(yīng)商尋求為消費者提供更多的型號選擇，根據(jù)市場的不同，通過可選的4G或NFC連接跨越高端到入門級市場。他們面臨著每六到九個月推出新型號的壓力，以應(yīng)對消費者對“最新和最強大功能”的需求和競爭對手的活動;平臺策略幫助他們在控制成本的同時管理這一過程。

新一波智能手機手機供應(yīng)商正在進(jìn)入市場，與SoC供應(yīng)商合作，SoC供應(yīng)商為OEM提供完整的參考平臺，以幫助縮短上市時間和降低開發(fā)風(fēng)險。當(dāng)然，OEM有能力定制一個平臺，以區(qū)分他們在市場上開發(fā)的產(chǎn)品，這一點很重要。

PMIC使供應(yīng)商能夠靈活地設(shè)計其智能手機平臺，并在該產(chǎn)品的“生命周期”內(nèi)為不同的市場推出多種型號和設(shè)計。它們支持板級設(shè)計的最新變化，作為在研發(fā)過程中添加到智能手機平臺中的附加功能。這也有助于減少PMIC庫存，并滿足消費市場對數(shù)量靈活性的需求。這種可定制性對于與SoC供應(yīng)商合作的新手機供應(yīng)商來說也是一個巨大的優(yōu)勢。

向多核設(shè)備遷移

如今，絕大多數(shù)智能手機都是單核和雙核SoC。在非常高端，有少量的四核。平板電腦也是如此，盡管更大的功率預(yù)算（被動冷卻設(shè)備高達(dá)4 W，帶風(fēng)扇的系統(tǒng)高達(dá)7-8 W，而智能手機約為1 W）意味著處理器傾向于偏向于更高的內(nèi)核數(shù)量。

一些人質(zhì)疑對多核移動計算設(shè)備的需求。當(dāng)然，今天銷售的大多數(shù)PC都有雙核CPU，因為大多數(shù)軟件應(yīng)用程序都是單線程而不是多線程的，并且能夠處理多個內(nèi)核。移動設(shè)備的軟件更不適合線程化。

盡管如此，多核設(shè)備仍具有顯著的功耗優(yōu)勢。多核設(shè)備將簡單任務(wù)委托給一個內(nèi)核，同時將更復(fù)雜、耗電的任務(wù)定向到另一個內(nèi)核。每個四核或八核應(yīng)用處理器都需要按特定順序上下上下進(jìn)入和退出休眠狀態(tài)。PMIC充當(dāng)系統(tǒng)的導(dǎo)體，告訴每個基帶或應(yīng)用處理器設(shè)備內(nèi)部的單個塊何時喚醒以及何時進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能源。大多數(shù)工作負(fù)載仍將是單線程的，并且需要高頻率，因此 SoC 必須能夠有效地提供聚合吞吐量和單核性能。

異構(gòu)內(nèi)核，ARM稱之為“大”。LITTLE，“將一個小而高效的核心與一個更大、更復(fù)雜的核心配對，并在兩者之間切換。挑戰(zhàn)再次是電源，并通過有效的電源管理解決方案減少開關(guān)損失。簡而言之，沒有足夠的電源或冷卻來讓每個塊同時處于高性能模式。當(dāng)運行高度沉浸式和交互式游戲時，顯示器和GPU將消耗大部分功能;CPU實際上必須降低頻率和電壓才能提供最佳的整體性能。如果還有大量的無線流量，這將變得更加復(fù)雜。因此，需要一個先進(jìn)的PMIC來處理這些開關(guān)過程（圖2）。

圖 2：電源管理正在從應(yīng)用處理器遷移到專用的外部PMIC，就像對話半導(dǎo)體的DA9063一樣。

4G LTE 和電源性能挑戰(zhàn)

4G LTE智能手機也面臨著功耗性能方面的挑戰(zhàn)。當(dāng)今的數(shù)字調(diào)制技術(shù)將更多的數(shù)據(jù)位壓縮到每個RF通道中，從而產(chǎn)生具有更高“波峰因數(shù)”（表示為峰均功率比（PAPR））的更復(fù)雜波形。

LTE信號具有非常高的波峰因數(shù)（通常為7.5至8 dB PAPR），導(dǎo)致發(fā)射器的峰值功率要求要高得多。傳統(tǒng)的固定電源PA只有在傳輸波形的峰值處進(jìn)行壓縮時才具有能效。如果設(shè)計人員選擇使用具有更高電源電壓的較大功率放大器（PA），則會浪費大量能源，并且消費者能夠在電池充電之間使用LTE設(shè)備的時間可能會降至數(shù)小時。為了優(yōu)化電源性能，需要兩個配套的PMIC來管理智能手機更復(fù)雜的電壓和電流要求。

節(jié)省電路板空間

OEM也面臨著節(jié)省電路板空間的壓力，為新功能釋放“空間”，并幫助他們保持設(shè)備精簡，同時降低成本。3D封裝技術(shù)（或芯片堆疊）的使用在這里帶來了好處。通常，芯片堆疊依賴于使用低密度鍵合線或焊料凸塊連接堆疊的不同層。將完全可配置的PMIC與單片集成或堆疊的低功耗音頻編解碼器結(jié)合在單個封裝中，可顯著節(jié)省電路板空間并節(jié)省成本。這可能涉及在單個芯片上集成30多種不同的高壓和低壓電路以及模擬功能。

制造業(yè)趨勢

我們還看到了對更薄、更小的幾何器件的不懈追求，這些器件包含比以往更多的功能。由于短通道效應(yīng)和不同的摻雜劑水平，更精細(xì)的特征尺寸可能會帶來高泄漏電流的危險，最終有可能破壞行業(yè)向更小幾何形狀的發(fā)展。

我們還看到了新型堆疊材料的出現(xiàn)，例如高k/金屬柵極，以及現(xiàn)在已經(jīng)完全耗盡的晶體管，例如FinFET?，F(xiàn)代鰭式FET是高于平面基板的3D結(jié)構(gòu)，對于相同的平面區(qū)域，它們比平面門具有更大的體積。鑒于柵極對導(dǎo)通通道的出色控制，柵極“纏繞”在通道周圍，當(dāng)器件處于關(guān)閉狀態(tài)時，允許非常小的電流泄漏通過主體。這允許使用較低的閾值電壓，從而實現(xiàn)最佳的開關(guān)速度和功率。

對于路線圖，還有很多其他有前途的研究。例如，Dialog正在與全球最大的合同芯片制造商臺灣半導(dǎo)體制造公司（TSMC）合作，采用最先進(jìn)的0.13微米雙極CMOS-DMOS（BCD）技術(shù)，將先進(jìn)的邏輯、模擬和更高電壓組件集成到更小的外形尺寸、單芯片電源管理IC中，以支持下一代智能手機、平板電腦和超極本。

BCD工藝技術(shù)在應(yīng)用、設(shè)計和工藝技術(shù)方面體現(xiàn)了推動半導(dǎo)體行業(yè)不懈的創(chuàng)新。該技術(shù)在同一芯片上集成了模擬雙極（B）組件，互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）和高壓晶體管雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（DMOS）。系統(tǒng)設(shè)計人員正在接受這項技術(shù)，因為它減少了功率損耗、電路板空間和成本。像Dialog這樣的芯片合作伙伴正在支持BCD，因為它有助于構(gòu)建更好，更小，更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品。雖然代工廠也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因為BCD技術(shù)是在200毫米晶圓上制造的，使他們能夠擴(kuò)展其幾乎完全折舊的生產(chǎn)線的實用性，并降低最終客戶的成本，保持利潤，或騰出投資用于其他新興技術(shù)。

做出明智的未來賭注

Dialog還不斷關(guān)注未來，試圖確定將繼續(xù)改變行業(yè)的新興技術(shù)。例如，我們最近與麻省理工學(xué)院的分拆公司北極砂技術(shù)公司合作，該公司正在為多個市場（包括智能手機，平板電腦，超極本和數(shù)據(jù)中心）商業(yè)化一種創(chuàng)新的電源轉(zhuǎn)換新方法。

DC-DC 電源轉(zhuǎn)換器是當(dāng)今電源管理集成電路 （IC） 的基本構(gòu)建模塊。Arctic Sand 獲得專利的變革性集成電源解決方案 （TIPS） 技術(shù)基于開關(guān)電容技術(shù)，采用獨特的轉(zhuǎn)換方法。

該技術(shù)有助于使用更小的電感元件，從而提高效率，并且比當(dāng)今的競爭技術(shù)具有更高的整體功率密度因數(shù)，從而在便攜式和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢。

利用移動計算的發(fā)展

根據(jù)行業(yè)預(yù)測，對移動計算設(shè)備的需求只會增加。移動設(shè)備正在從個人信息設(shè)備發(fā)展到對我們的日常需求至關(guān)重要的移動計算平臺。電源性能正迅速成為該時代的決定性問題。與不太滿意的用戶相比，對設(shè)備電池壽命高度滿意的智能手機用戶更有可能重新購買同一品牌的智能手機。

消費者希望在我們的生活中擁有更多種類的設(shè)備。例如，少數(shù)消費者實際上用平板電腦購買3G或4G數(shù)據(jù)計劃，他們更喜歡在家中和企業(yè)中使用Wi-Fi來訪問和消費媒體。然而，顯而易見的是，人們希望以一種不受束縛的無線方式生活。這給便攜式設(shè)備的電池壽命帶來了更大的壓力，需要堅持不懈地關(guān)注智能手機、平板電腦和即將上市的新型混合平板電腦/筆記本電腦的三重播放中的電源管理創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷