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高整合电源晶片加持 小笔电效能完全燃烧
 

【作者: 王岫晨】2009年12月09日 星期三

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2009年全球小笔电出货成长117%


根据资策会MIC预估,2009年全球小笔电(Netbook)出货量,将达到2432万台,成长率约117%,至2014年,将达到4700余万台。而2010年全球小笔电销售市场,仍以西欧地区为主,宏碁、华硕、惠普与三星为出货排名前四名厂商。



资策会MIC表示,2009年全球小笔电出货量,在华硕、宏碁、惠普、戴尔、东芝等主要笔记型电脑品牌业者相继投入后,2008年下半年的出货量开始明显提升,且通路的拓展及电信营运商的搭售方案,都有助于提升小笔电的出货成长。 2009年小笔电出货量与2008年相比呈现倍数成长,预估2009年全球小笔电出货量,将达到2432万台,成长率约117%。



预期2010年全球小笔电销售市场仍然以西欧地区为主,因为小笔电两大品牌华硕、宏碁的销售主力还是以西欧市场为主。而在其他区域市场方面,北美市场2009年年底的旺季效应需求可期,亚太及新兴市场则因经济成长率持续攀升,未来消费需求潜力也持续看好。



资策会MIC产业分析师古亚薇表示,小笔电未来将以提升产品差异化,来刺激原有成熟、消费市场的购买需求外,并将会以教育、商用及新兴市场为主要商机市场,而电信通路也将有助于提升小笔电的出货规模。



此外,随着英特尔「Pine Trail」平台的Atom处理器及Windows 7的上市,资策会MIC预估,2010年小笔电的主要产品规格,将以新一代Atom搭配Windows 7为主力。而Google预定在2010年下半年推出的Chrome作业系统,并搭配ARM系统的处理器,在市场以200美元售价推出的新一代小笔电,预料也将获得不少消费者青睐。



正由于小笔电商机持续燃烧,且随着x86架构处理器与南北桥进一步整合,以及ARM架构处理器的伺机竞争,不仅将让小笔电架构设计更趋复杂,更重要的是,其电源供应与管理设计也成为全新的挑战。



小笔电电源的特点


小笔电以其低价格、小体积、便于携带等特性无广受消费者的认同和接受。但身为轻便的可携式电子产品,小笔电的电池续航时间始终是业界和消费者关注的焦点,这也使得小笔电对于电源管理方案,在降低功耗、延长续航时间等方面提出了更严格的要求。



小笔电的电源管理设计主要挑战之一,是如何解决主处理器的供电问题。典型小笔电采用的CPU 是英特尔Atom处理器,其许多电源要求都类似于现有的英特尔笔电处理器,采用了类似的电源管理技术,即透过系统与电源管理控制器之间的通讯,来调节各种负载条件下的CPU电压,同时满足降低CPU功耗和提高系统性能两方面的要求。因此,电源管理控制器需要支援英特尔IM VP-6+规范。



不过,小笔电CPU的电流比一般笔电应用要低很多,与笔电处理器在电源管理方面应用多相降压控制解决方案不同,小笔电处理器多采用单相降压控制解决方案。轻载效率对小笔电的电池使用时间有很大的影响。因此,电源管理控制器必须在轻载情况下能提供高效率电压转换,同时也具有较快的瞬态回应特性。取得这些优良性能最关键的技术则在于电源控制架构。此外,由于小笔电的空间更为紧凑,所以需要小型的电源解决方案,这不仅要求采用​​小尺寸封装的电源管理控制器,还要求减少外部元件的数量。



因此,在小笔电中,电源管理IC对电池使用时间、系统性能以及整体方案的成本起了重要的作用。高效率的电源管理电路通常有助于延长电池工作时间,也有助于缩小整体方案的尺寸。



(表一) 小笔电电源管理相关厂商与产品介绍

























































厂商

产品类型

产品介绍

附注

Intersil

双通道同步降压型PWM控制晶片

已推出ISL6228双通道输出的同步降压型PWM控制晶片,采用强固纹波稳压器(R3)专利技术,可根据输入电压与输出负载暂态进行动态响应;此外,更整合MOSFET驱动器和靴带式二极体,减少系统电源的零件总数与实作面积。

目前Intersil也积极投入研发多通道整合型PMU方案。

TI

双通道整合型电源方案

已推出双通道整合型电源方案如TPS51120、TPS51220与TPS51124,其中,TPS51120是专为使用3~4颗锂电池的笔电所设计,可提供5伏特和3.3伏特待机稳压电源给系统下游电路。微星的WindBook U100即采此款晶片。 TPS51220则是内含两组LDO的双通道同步降压转换控制器,是针对2~4颗锂电池的笔电系统所设计。

已着手进行高整合度PMU方案之开发。

OnSemi

多款整合型电源管理解决方案

为大部份的小笔电电源管理提供解决方案,包括电池、CPU、系统、I/O及显示器等,产品涵盖各式各样,如控制器、开关稳压器及MOSFET等。如单相降压控制器ADP3211A、单相同步整流降压电源控制器NCP5217、CPU IMVP6+单相降压控制器单晶片解决方案、单同步整流降压控制器及双N 通道MOSFET等。

 

Maxim

降压控制器

已推出Quick-PWM降压控制器MAX17000,可用于笔记型电脑中的DDR、DDR2与DDR3记忆体。该单晶片元件整合了一款降压控制器、来源/接收电流的线性稳压器以及基准缓冲器,以节省电路板空间,并能产生VDDQ、VTT和VTTR所需的所有电压。 MAX17000适用于笔记型电脑中的高电压降压。

 

Wolfson

高整合电源管理方案

已推出WM8320高整合电源管理方案,为先进可携式多媒体装置提供最大化处理器效能和延长电池寿命。 WM8320是WM83xx系列新产品,针对采用ARM-based处理器的应用提供更小、更高效率且更低成本方案,特别适用于小笔电、行动连网装置、智慧型电话、手机和数位相框等应用。

产品为针对ARM-based处理器应用所设计

Linear

DC/DC转换器

已发表LTC3868/-1,其为一款低静态电流、2相双组输出同步降压DC/DC控制器,单组输出运作只耗170uA,两组输出均运作仅耗300uA,是电池供电应用之理想选择。当两组输出关机时,LTC3868/-1更只耗8uA。 LTC3868/-1拥有4V至24V输入供应范围,每组输出可于输出电流达20安培时设定于0.8V至14V。效率达95%,适合供电工业及医疗设备,及可携式仪器、笔型电脑及小笔电应用。

产品适用范围广泛

联阳半导体

电源管理晶片

联阳电源管理晶片过去以无线区域网路及宽频网路市场为主,目前积极扩展电视市场,已搭配联发科出货,切入电视市场,另外,也将进一步扩展小笔电市场。

小笔电市场是下一步切入对象

康舒

小笔电的电源供应器

已开始跨入小笔电的电源供应器,并接获欧系通讯大厂的订单。 Nokia小笔电的电源转换器(Adaptor)目前是由康舒及光宝两厂商包办。康舒第三季已开始出货,初期量还不大。

 




精简化、高整合电源管理晶片


与传统笔电不同的是,小笔电处理器现存在x86架构与ARM架构处理器两大阵营互别苗头,加上中国大陆山寨市场全力发展小笔电等因素,小笔电走向多元化架构一途,这样的设计方向使得电源管理架构必须从过去分散式(Discrete)式设计转变成整合式设计。



小笔电讲求低耗电,对于原本就专长于行动应用的ARM架构处理器来说,功耗表现不成问题。也因此,比较值得关注的将是x86架构处理器。事实上,比起Intel传统处理器x86处理器,目前专用于小笔电的Atom处理器功耗已大幅降低,负载电流也较低,因此小笔电的电源管理设计也得以从过去由多颗晶片组成的分散式架构,朝向单一晶片整合多通道电源输出架构发展。这是因为传统笔电处理器电流较大,必须采用分散式架构,避免PCB上走线过长而增加功耗与EMI问题。然而电流过大的问题在Atom处理器上已大幅改进,也由于电流量的降低,走线过长问题得以获得解决,使得整合型电源管理得以成为小笔电应用的主流方案。



小笔电强调物美价廉,成本当然是个重要考量。因此提高关键零组件的整合度借以降低物料成本,对制造商将极有相当吸引力。着眼于价格考量,电源晶片业者纷纷针对小笔电需求开发更高整合度的电源管理单元(PMU),以进一步精简系统电源的设计,提高产品获利空间。



此外,在小笔电的电源设计中,处理器也​​将扮演关键角色。例如Intel的下一代Atom处理器Pineview将整合北桥晶片,连带将省去主机板上的绘图晶片组,也省下所需的电源晶片,使得PMU在小笔电上更行重要。而ARM架构处理器未来在小笔电上大行其道,也将是推动PMU发展的重要力量。当然PMU之设计与封装成本较高也是一大考量,目前PMU多用于高阶手机。未来成本是否降至小笔电产品所能接受的合理范围,亟待观察。



结语


小笔电日受欢迎,但是对电池续航时间要求更高,更需要最佳化的电​​源解决方案。小笔电的电源管理需求,势必也将带动电源晶片设计商新一波针对小笔电需求所开发的电源管理晶片,以更先进的控制架构、高频转换和封装、整合技术,帮助小笔电延长电池使用时间、实现电源管理系统小型化、高效能及降低系统成本等要求。



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