小笔电以其低价格、小体积、便于携带等特性,广受消费者的认同和接受。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。预计未来,精简化与高整合度将是小笔电电源管理芯片的设计重点。
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持英特尔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响应特性。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,还要求减少外部组件的数量,而尽可能的精简化。
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。
此外,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,这样的设计方向也迫使电源管理架构必须从传统分布式(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芯片组成的分布式架构,朝向单一芯片整合多信道电源输出架构发展。这是因为传统笔电处理器电流较大,必须采用分布式架构,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虑。因此提高关键零组件的整合度藉以降低物料成本,对制造商将极有相当吸引力。着眼于价格考虑,电源芯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将整合北桥芯片,连带将省去主板上的绘图芯片组,也省下所需的电源芯片,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虑,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。