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电源管理芯片朝多相式与大电流方向发展

发表时间:2016-10-27  点击次数:

就许多3C电子产品的设计而言,各项电子组件,包括中央处理器(CPU)、芯片组、图像芯片及内存等,所使用的电压范围都各有不同,且基于省电的目的,这些组件必须根据不同的情境提供不同的效率,也就是说这些组件可能会分别处于休眠、低速运转及高速运转等不同状态。可想而知,这对于电源控制而言是极大的挑战,必须提供复杂的功能满足各项需求,而所有参与控制这些功能的IC集合而成,即被称为电源管理单元(PMU)。

    不过,正所谓“分久必合,合久必分”,联发科技、高通等提供公板平台的应用处理器厂商,过去倾向于将所有电源管理芯片整合于电源管理单元内,但随着智能手机和平板电脑尺寸和功能日新月异,近期已陆续释放出电源管理芯片订单,以满足不同应用设备系统厂商的需求。例如高通MSM8x25Q、MSM8225Q这两款针对高端智能手机的处理器平台,最初开发时便未整合图像处理器电源设计所需的PWM(脉冲宽度调制)芯片,而是通过与电源IC供货商合作,省去自行研发的时间,这有助于处理器迅速推出。

    并且,由于这些移动设备对于耗电有着更严苛的要求,应用更为复杂,相关市场对多种电源管理芯片的需求不断增加,进一步推动未来电源管理芯片技术和市场的发展。整体而言,电源管理芯片已朝向多相式与大电流等设计方向发展,以满足新一代移动设备对小尺寸、低耗电和高转换效率等要求。

    图像处理功能强大,推升更大输入电流

    智能手机及平板电脑的电源管理发展趋势之一,就是随着移动设备的图像处理器性能日益强大,推升更大输入电流的需求,进而带动多相式(Multi-Phase)DC-DC降压转换器(BuckConverter)的需求,希望能通过提升转换效率,进一步增大平板设备的输入电流。事实上,继双相DC-DC降压转换器于两年前面市后,2013年至今的市场上已陆续看到四相、六相式产品的推出。

    另外,随着智能手机的屏幕尺寸及功能日益多元化,原始设备制造商(OEM)和原始设计制造商(ODM)为克服功耗的挑战,已开始于手机内建更多DC-DC转换器和低压差线性稳压器(LDO)。据了解,两年前手机中的DC-DC转换器数量约为三至四颗,现在则增至五至六颗;而低压差线性稳压器两年前为五至十颗,现在则已大幅增加至二十颗以上。

    为顺应移动设备的电源管理需求,德商戴乐格半导体(DIALOGSemiconductor)所推出的非中央处理器电源管理芯片,高度集成低压差线性稳压器、DC-DC转换器、模拟数字转换器(ADC)、电池充电器和实时频率(RTC)等各种功能。值得一提的是,戴乐

    格还在电源管理芯片内加入音频编解码器(AudioCodec)IC。戴乐格更在日前宣布此解决方案已获韩国三星智能手机平台采用,集成了音频功能的DialogD2199电源管理IC,将搭载在三星GalaxyTrend3中。戴乐格总裁JalalBagherli表示,D2199

    芯片可以提供一个经过优化的高效电源管理解决方案,不仅具备更好及更高效的电池管理功能,还具备高端音频功能,这些特性将能为智能手机用户带来更好的体验与更大的便利性,且高集成度的芯片能让印刷电路板(PCB)尺寸更小且大幅减少使用空间,从而降低制造成本。

    2011~2015年智能手机电源管理IC产值及预测

    此外,戴乐格于去年年底宣布与立锜科技合作开发电源管理方案,两家公司将开发具有差异化的电源管理解决方案,锁定的重点市场为大量与高度成长的中国大陆智能手机及平板电脑需求。

    对此合作,立锜科技总经理谢叔亮表示,Dialog的高集成度电源管理技术搭配立锜科技的多样产品线以及在亚洲的通路优势,可协助双方开发技术领先及成本优势的产品。Dialog的Bagherli也指出,两家公司的互补性可让彼此在产品整合、技术性能及上市时间上领先业界。此外,2014年中国预计生产5亿台以上的智能手机,合作将为双方在这个市场中带来极佳的成长机会。

    事实上,移动设备对于电源管理单元需求的不断上升,加上许多模拟IC大厂也力图在PC市场外开拓新领域,因此许多业者都积极布局于手机、平板等智能移动应用所需的电源管理单元相关产品。其中,立锜已交出亮眼成绩。

    功能日趋复杂,次电源管理单元需求增加

    目前立锜正积极从PC、TV朝向移动设备电源管理转型,而立锜的次电源管理单元(sub-PMU)成功打入三星智能手机供应链,可说是该公司布局移动设备市场的一大胜利。对此,立锜发言人张国城表示,立锜在智能手机长久以来的布局终于开花结

    果,主要成果就是应用于智能手机的次电源管理单元订单明显增长。他还强调,随着智能手机功能愈趋复杂,将需要更多次电源管理单元来分担PMU的工作,因此立锜看好该产品的长线发展。以立锜2013年第四季的产品组合来看,消费性电子占29%,

    通信类别占24%,计算机占39%,其它则占8%。

    何谓次电源管理单元?简而言之,次电源管理单元是用来辅助PMU的产品,需求大多局限于芯片核心数高、功能相对复杂,对电源管理功能较讲究的高端智能机种。据了解,过去移动设备这块市场,所用到的电源管理IC主要是被基带芯片(baseband)厂商所独占,例如联发科技、展讯、高通,以及与苹果关系紧密的特定供货商所独享。然而,随着智能手机规格不断拉高,一路从单核芯片进化至双核、四核、甚至八核,移动设备对电源的要求也更加复杂,因此高端移动设备对次电源管理单元的需求也具体浮现并增长。

    快速充电功能,推升高效同步整流控制IC需求

    另一个值得注意的手机电源技术发展趋势,是手机的快速充电功能的兴起。目前已经有越来越的多手机OEM和充电器开发商考虑在二次侧电路设计中改用高效率同步整流控制IC,进一步取代肖特基二极管,让5V/3A单输出或5V/4A双输出的新型快充充电器达到87%以上转换效率,这带动了高效率同步整流控制IC的需求逐渐增温。

    针对此趋势,高通于近期力推QuickCharge2.0快速充电标准。据了解,相较于传统通用串行总线(USB)充电方案,高通提出的QuickCharge2.0通讯标准可将充电速度提高约75%,在30分钟内即可为3,300毫安时(mAh)的电池充饱60%的电力,达到可让消费者使用一段充足时间的标准。高通现已与PowerIntegrations、戴乐格及仙童(Fairchild)等数家电源管理芯片厂商研发相关的充电器IC,协助业界打造具有快充能力的手机及充电器。

    整体而言,由于系统开发商对智能手机、平板设备电源管理规格的要求不同,处理器平台厂商已开始简化处理器电源管理单元的设计,并释出更多的电源管理芯片订单,期望能透过与电源IC供货商合作,加速处理器上市进程。

    因此,就市场规模来看,随着各种智能移动设备,包括平板电脑及智能手机等产品的快速发展,电源管理的市场规模预期将持续加大。根据调研机构iSuppli的数据指出,全球电源管理IC受惠于终端应用扩大,估计今年市场规模将成长7.6%、达到322亿美元,并于2016年一路成长至387亿美元。

    另据拓产业研究所(TRI)的报告指出,智能手机与平板电脑已成为消费性电子市场成长的主要动能,在这样的趋势下,PC相关的电源管理IC需求正持续衰退,智能手机及平板电脑的电源管理IC,则成为驱动电源管理IC成长的主要动能。拓产业研究

    所预估,智能手机PMIC产值2014年仍将较2013年大幅成长25%,总产值将达到22亿美元,前景相当可期。