账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
台湾电源IC设计厂商大步前进!
强化多媒体行动装置低功耗设计

【作者: 鍾榮峰】2008年07月31日 星期四

浏览人次:【13249】
  

行动装置电源IC设计复杂度提高

在多媒体行动装置结合无线通讯功能的应用趋势下,电源IC设计的技术复杂度越来越高,不仅要兼顾多媒体可携式装置的低耗电要求,也必须特别注重低杂讯(High-Ripple Rejection)的通话品质。同时电源IC设计厂商在提升使用多媒体功能或通话时高负载(重载)阶段的低功耗方案外,也要强化在待机状态、查询状态、萤幕保护程式等低负载(轻载)阶段的设计内容。


主要低功耗低杂讯设计趋势

整体而言,可携式产品的省能设计趋势,在于提高晶片效率、提升电压稳定度、加强系统整合这三大方向。细节来看,电源设计需兼顾低杂讯与低耗电、降低输出电压讯号被依暂停讯号关闭时,由调节器吸收的待机电流(Standby Current;Is)、降低输入输出电流差的静态电流( Quiescent Current;Iq)、提高切换频率效能(Efficiency)等设计需求。


低杂讯与电流差有关,如何降低杂讯的电源IC技术,是设计具备RF通讯功能多媒体行动装置的关键。此外切换频率越高,外部元件数可减少,便能有效利用可携式产品有限的空间。再者可携式装置重载和轻载时间比往往是2:8甚至1:9,因此待机模式的省能设计,对整体电源功耗降低影响甚巨。同时可携式产品内部元件整合度越来越高,单一模组内多功能的Power需求增加,封装设计和降低相互干扰程度的整合架构,此时便非常重要。


《图一 台湾电源IC市场规模趋势图》
《图一 台湾电源IC市场规模趋势图》数据源:IC Insights/IBTS整理预估

台湾电源IC设计厂商特色

相较于国际大厂,台湾电源IC设计厂商在多媒体可携式产品领域的时程较晚,不过近年来台湾本土厂商在直流电压(DC-DC)与线性低压差电压调节器(LDO)领域经营有成。以下我们就以立锜科技、德信科技和茂达电子这三家台湾本土电源IC设计厂商为例,进一步介绍目前台湾电源IC设计厂商在多媒体可携式产品主要的发展重点、技术特色和市场展望。


三大厂商在可携式领域发展主轴

立锜科技(RICHTEK)技术行销工程二部资深经理陈俊聪表示,立锜界定可携式产品主要以单颗电池为核心,涵盖笔记型电脑、具备RF功能的手机和数位相机这三大领域,均具备相适应的解决方案。德信科技(EUTECH)产品开发处副总经理孟达则表示,德信产品主要以可携式和多媒体产品为主,包括手机、PDA、PMP等等。德信目前主要以台湾和中国市场为核心,产品是以音频功率放大器Class AB和Class D为主,作为市场区隔的主要利器。茂达电子(ANPEC)总经理陈日升表示,茂达的产品线包括电源转换及电源管理IC、放大器及驱动IC及离散式功率元件三大类,在既有基础上持续开发卫星定位导航、手机、通讯设备及各项消费性产品等应用。


立锜科技(RICHTEK)

提高PSRR灵敏度

立锜科技(RICHTEK)技术行销工程二部资深经理陈俊聪清楚指出,多媒体可携式装置电源设计需注意射频RF和电磁波干扰(EMI)、PSRR(Power Supply Ripple Radio)、电源效能、封装和降低静态电压等重点。


陈俊聪资深经理指出,具备RF功能的手机电源IC设计,需根据系统厂商需求设计客制化且多样化的组态,并不若数位相机一般的标准化设计。因此立锜可针对不同特性的RF波段进行特殊处理,例如电源谐波成分(Harmonic)尽量不要落在RF频带中,避免杂讯跑进频带里面,以降低杂讯干扰而提升RF效能。


此外轻薄短小的手机整合设计架构,更要避免不同电源IC元件彼此间的电磁波干扰,例如手机多数会采用俗称charge pump的电荷帮浦电容式电压转换设计,其所产生的EMI会比电感式电压转换设计要低。此外,RF手机装置瞬间的Power较大,Vin端电源扰动较高,后端电流设计则需干净,这也是设计要点。


《图二 立锜团队参加2008年IEEEAPEC展会(IEEE Applied Power Electronic Conference and Exposition)一隅》
《图二 立锜团队参加2008年IEEEAPEC展会(IEEE Applied Power Electronic Conference and Exposition)一隅》数据源:立锜网站

高频切换频率技术趋势

在切换频率部分,为减少电源管理元件数,提高空间节省效能,立锜也会朝高频技术发展,例如提高电感式切换频率。当切换频率高时,所需要的电感感值会变小,进一步减少电感所需整体空间元件,也是设计重点。立锜目前已推出DC?-DC高频转换方案,是为了让外部电感值变小,满足DC-DC低耗电时的降频设计。


提高电源转换效能

陈俊聪资深经理特别指出,多媒体可携式装置的电源转换空间随着技术提升越来越精确,设计难度也越来越高。如何提高电源转换的效能,这是电源IC设计厂商的核心技术竞争力之一。若系统处于重载情况下,一般电源转换效能标准可达80~90%左右,而立锜的技术可达90%。不过就整体系统的节能效果来说,还是有很多成长的空间,提高晶片效率、提升电压稳定度、加强系统整合,这些都需要不同环节的专业厂商齐力配合。


整合闪光照相电源设计

由于多媒体可携式装置越来越多内建照相及闪光功能,因此电源IC设计就需兼顾电容式和电感式电压转换设计,在升降压模式设计上也较为复杂。内建闪光灯和照相功能的手机,显示背光跟Camera电源需求逐渐相互整合,闪光灯功能也会整合在同一模组内。陈俊聪资深经理指出,可以预期的是,局部的手机电源IC整合模组将成为设计重点,整合LMU(Lighting Management Unit)模组会整合背光、Camera、闪光等功能,从整体PMU(Power Management Unit)中独立出来。


轻载待机LDO省能设计

陈俊聪资深经理进一步表示,一般而言台湾厂商普遍较熟悉重载情况下的电源IC设计方案,至于在轻载情况的待机省能技术仍有成长努力的空间。多媒体可携式装置处于轻载阶段,降频的DC-DC才可有效提升轻载效能,降低轻载时转换电源的损失。多媒体可携式装置电源IC设计也需注重轻载时降低Iq静态电流,进一步降低待机电流,立锜在此部分也有所突破,在低功耗运作时能把不需要运作的电源区块关掉。


而没有交换频率的LDO,轻载状况下有些厂商则会使用ECO(Economical)概念,用一根脚来控制进入轻载模式,提升低电流效能,也让Iq再降得更低。有些厂商则采用automatic作法,在轻载时候把一些不需要的区块关掉。整体而言,在低电流情况下进一步降低Iq同时兼顾效能,也是电源IC设计的一大挑战。


《图三 立锜所推出的7信道DC-DC 转换器产品》
《图三 立锜所推出的7信道DC-DC 转换器产品》

封装制程攸关低功耗设计

陈俊聪资深经理特别指出,主晶片制程微细化能大幅降低电流功耗,封装微型化亦是不可避免的趋势,封装制程攸关电源IC低功耗设计。并且有别以往pure design的PMIC,多媒体可携式产品电源IC的封装尤其重要,目前大致上可分为晶片级封装CSP(Chip-Scale Package)、日系的小型无引脚型封装SON(Small Outline No-lead)以及台系的薄型双排扁平无导架DFN(Dual Flat No-lead)封装。可携式产品电源IC设计要考虑减少die size,也要考虑到封装的Thermo能力。因此电源IC类比技术的成长,与Foundry制程有很大的关系,相关设计与制程相互配合依存度非常高,专业的类比Foundry能有效支援design house形成强而有力的产业链,这也是台湾电源IC厂商所期盼的发展方向。


电源IC设计整体发展空间大

陈俊聪资深经理表示,台湾电源IC设计厂商在可携式产品领域都有进一步发挥的空间,例如笔记型电脑CPU所需的Vcord电源,台湾厂商虽仍未有相关技术,不过在其他周边电源IC部分立锜都已具备相适应的解决方案。手机领域由于Vcord所需电流较小,技术上较不复杂,反而手机的电源IC封装设计越来越关键。整体来看轻薄微小脚位设计的封装趋势,连带牵动中下游电源IC设计的规划方向,这也是中长期核心技术竞争的优势所在,投资门槛相对也高,因此台湾电源IC设计厂商需要进一步朝向整合协作的目标迈进。


德信科技(EUTECH)

以音频放大器及电源管理IC设计为主的德信科技,已多样性发展出多媒体可携式装置的低功耗解决方案,包括推出可防止行动电视手机视讯水纹波干扰的升级版Class D音频设计方案;扩大1μA 静态电流LDO解决方案在具备RF功能的手机和个人导航装置(PND)上应用的可行性、并持续积极研发降低静态电流和提高PSRR的技术。未来德信并将以SingleμA DC/DC设计为目标,持续以系统区隔(system partition)角度来客制化设计手机电源管理架构。


看好行动电视手机低功耗音频应用

德信科技(EUTECH)产品开发处副总经理孟达表示,看好未来行动电视手机(Mobile TV Handset)发展趋势,德信已推出升级版低功耗低杂讯Class D音频放大器设计方案。因为只有一颗锂电池作为电源的手机,如何有效运作行动电视音讯品质,对于整体行动电视视讯环境来说非常重要。


《图四 德信科技产品开发处副总经理孟达》
《图四 德信科技产品开发处副总经理孟达》

孟达副总经理进一步表示,一般手机铃声功能运用Class AB音频放大器即可。但在持续浏览电视并收听音讯的情况下,Class AB功耗就过高。受静态电流与输出入电压制约的Class AB一般效率只有50%左右。若以一颗锂电池使用的行动电视手机来看,使用Class AB只能让音讯持续10~15分钟,但效率可达90%的Class D音频放大器则能持续30多分钟。不过因为Class D使用脉宽调制开关,会产生EMI电磁波干扰和杂讯,而行动电视手机又必需以低杂讯才能接收到RF讯号。如何减少Class D的电磁波干扰和杂讯,便成为音频放大器设计时的技术重点。


升级版Class D音频放大器

为进一步解决Class D音频放大器会产生电磁波和杂讯的问题,德信在今年4~5​​月推出第二代Class D音频放大器设计方案。孟达副总经理深入分析指出,德信新的低杂讯设计技术,例如在扫频时避免某段RF频带、采用Soft switching技术可有效抑制电磁波干扰。这样行动电视手机画面就不会因为电磁波干扰而产生水纹波。


《图五 德信所推出的class D音频功率放大器EUP2011A》
《图五 德信所推出的class D音频功率放大器EUP2011A》数据源:德信科技

周详考虑PMIC系统区隔设计

另一方面,德信也有考虑过整合音频放大器、电源管理、LDO等的PMIC方案。并不是把所有电源管理和音频放大器功能整合进PMIC,就是最好​​的设计,因此在电源IC设计阶段,如何站在系统区隔(system partition)角度,合理分配电源管理资源,一直是PMIC多样化设计的重点。若以行动电视手机系统应用为例,行动电视很重要的应用是与同伴分享高品质音讯的内容,如何让大家在较远距离也能收听到高品质的声音,这时就大约需要3W×1ch或者2.5W×2ch音频放大器。但是由于干扰和散热问题,很难把电源管理和音频放大器集合在一个PMIC里。若是德信设计PMIC,电源管理和电池充电会整合在一起,而低杂讯LDO和音频放大器便会与之分开,形成二大块系统区隔设计架构。


新一代低杂讯LDO降低静态电流方案

在低杂讯LDO领域,德信的LDO方案已普遍应用于GSM/GPRS到CDMA手机当中。手机厂商所要求的低杂讯LDO必需有很高的PSRR(65dB以上),目前德信的低杂讯LDO的PSRR可以做到70dB以上,而且静态电流在30~50μA范围内。另外德信最近推出的EUP7180 LDO,静态电流只有1μA,PSRR可达到40dB。在手机设计上,若LDO的静态电流只要1μA时,就不需要以关掉区块的方式来降低待机功耗,这样可避免手机待机Turn-on时间拉长,从而提高手机功能使用上的方便性。德信希望将EUP7180类似的1μA 静态电流LDO运用在手机上,目前正在研发以降低杂讯、静态电流和提高PSRR为设计内容的升级版。


《图六 德信所推出的LDO低功耗设计产品EUP7180》
《图六 德信所推出的LDO低功耗设计产品EUP7180》数据源:德信科技

Single μA开辟电源设计方案

孟达副总经理强调,德信非常注重可携式产品电源IC每一个电流节能细节,这才能适应当前电源IC设计潮流。像是欧盟规定未来可携式产品待机功耗要小于1毫瓦,这对于多媒体可携式系统厂商更是一大挑战。例如手机待机轻载时间远比使用重载时间长,如何有效提高轻载效率,实是从根本上降低手机功耗的关键。一般强调关机静态电流要小于1μA,若把待机轻载电流降到1μA左右与关机模式不相上下,那么系统厂商就很容易符合Green Power的要求。德信未来在多媒体可携式装置电源IC设计的发展策略,是尽可能把待机轻载电流降低到接近关机模式,有效协助系统厂商规划Green Power的节能架构。孟达副总经理表示,目前现在市场最好的开关电源的静态电流在30μA左右,德信会进一步研发Single μA开关电源管理IC,让静态电流小于10μA,进一步达到5~6μA,理想目标达到1μA ,使其接近关机模式。


茂达电子(ANPEC)

多媒体可携式省能设计要点

茂达电子目前整体电源IC产品设计重点以小封装、低耗流、降低静态电压、提高切换频率效能、低杂讯并可延长电池寿命为主。茂达在多媒体行动装置产品的发展主轴以封装小、高效能、低功耗、整合性佳、节能并且符合环保时代潮流等省能解决方案为核心。例如茂达电子也提出PDA Phone电源管理解决方案,提供电池升压IC 及各部件所需要的降压LDO &高效率PWM IC,包括APL3201锂电池线性充电器温度调节设计、APW7101降压整流器、APW7134同步降压稳压IC、APW7136/7白光LED/OLED驱动器等。


《图七 茂达在手机电源IC设计的产品架构图》 - BigPic:585x437
《图七 茂达在手机电源IC设计的产品架构图》 - BigPic:585x437数据源:茂达电子

白光LED和LD解决方案

以消费性电子电源管理解决方案来说,主要以GPS、数位相框、手机、MP3、MP4、PMP为主。多媒体行动装置耗能主要来自panel与白光LED,因此茂达产品设计主要以改善panel耗电及白光LED省电方式为主要发展方向,以提升电压稳定度、提高电源IC工作效率为目标。以MP3来说,茂达主要提供LDO解决方案,以低耗流、低杂讯为发展目标;至于在智慧型手机领域,茂达大多以2.4及2.8吋面板为主,主要以白光LED及LDO电源解决方案为主。


提高升降压效率及降低杂讯

在技​​术上为改善升压或降压整体效率,茂达采取提高操作频率,减少外部电感感值,减少工作本身耗能等方式。为进一步解决线路复杂、杂讯强、成本高的课题,茂达整合电源IC减少空间面积,降低成本支出。茂达也持续挑战低杂讯与稳定电压的电源IC设计目标。像是在DC-DC部分会以提高频率到1MHz操作频率、低输入电压、符合手持式离电池规格设计为主;在LDO低杂讯设计重点则以防止在GPS及手机上RF射频的感应度为主。


扩展Class D音频放大器应用

茂达在电源管理的发展策略,目前?品线70%集中于电脑市场,随着新?品到位,应用领域扩及面板和可携式产品等应用。尤其茂达在音频放大器领域已耕耘多年,除了推出Vista作业系统笔记型电脑专用的音频放大产品外,并陆续推出APA2010、APA3002及APA3004等小尺寸、高效率D类音频放大晶片。茂达电子目前新型D类音频放大器IC产品线主要应用之一是可携式产品的低功率2~3瓦D类音频放大器在卫星定位导航及手机的应用。


《图八 茂达发展便携设备电源IC设计的时程示意图》 - BigPic:585x431
《图八 茂达发展便携设备电源IC设计的时程示意图》 - BigPic:585x431数据源:茂达电子

台湾电源IC产业新契机

茂达电子总经理陈日升表示,未来电源IC产业将面临的挑战为:大电流/低输出电压应用、电源转换效率提升和电源管理功能、整合电路设计、产品散热解决方案、新小型封装或SiP、信赖性生产等,不过这也是电源IC厂商所拥有的机会。


陈日升总经理进一步指出,近年来人才培养和产业发展技术已渐趋成熟,许多台湾电源IC设计厂商产品已能被国际大厂所接受,加上晶圆代工厂逐渐在电源类比IC制程的重视及长足的进展,台湾电源IC设计厂商在制程的掌握度上已渐有进展,从大打价格战转向追求高附加价值。台湾IC设计厂商如何避免进入价格厮杀的窘境,产品应用设计将朝向整合SiP或SOC方向发展,如何与主晶片供应商策略合作,改善制程、开发高压制程来源、进一步整合行销通路等等,皆是电源IC厂商所面临的课题。


台湾厂商大步前进!

台湾电源IC设计厂商正努力累积扩展多媒体可携式装置电源设计实力,整体而言需注意射频RF和电磁波干扰(EMI)、PSRR(Power Supply Ripple Radio)、电源效能、封装和静态电压等课题,多采取小封装、低耗流、降低静态电压、提高切换频率效能、低杂讯并可延长电池寿命等设计方案为主。无论是在抑制Class D音频放大器衍生电磁波和杂讯干扰、整合闪光照相电源设计、低杂讯LDO降低静态电流、Single μA 开辟电源设计、提高升降压效率、白光LED节能设计等具体产品上,都代表台湾电源IC设计厂商灵活整合技术、勇于接受研发挑战、积极开创新商机领域的作为。在多媒体行动装置低功耗设计领域,台湾厂商正在大步前进!


相关文章
了解PFC对实现高效能至关重要
推动组织革新 罗姆台湾将更贴近客户
Silent Switcher μModule稳压器为GSPS采样ADC提供低杂讯供电
技术领先同业 罗姆半导体摊位两大明星商品吸睛
大电流转换器
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
OMAP 4处理器
原厂/品牌:TI
供应商:TI
產品類別:CPU/MPU
Power Manager II Hercules Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Lattice MachXO Control Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
  相关新闻
» LPWAN水涨船高 初期以公用领域或产业应用制造需求
» 盛美半导体首台无应力抛光设备交付中国晶圆级先进封装企业
» NXP: Wi-Fi 6有效解决频宽不足问题!
» 英特尔神经形态晶片 打造出拥有??觉的电脑
» 中科厂商传隹音 新冠肺炎核酸检测快筛试剂露曙光
  相关产品
» 英特尔将神经形态研究系统扩展至1亿个神经元
» ST独占飞时测距感测器领域??头
» 笙泉科技推出新一代MG82F6D17 MCU
» ST:功能安全将是工业4.0的重中之重
» 意法半导体生态系统扩充功能支援微控制器以USB-C作为标准介面
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw