随着智慧型手机与平板电脑的快速成长，从半导体元件、OEM与品牌业者们等，无不用最新的硬体规格来作为吸引市场目光的手段之一。其中最为常见的，就是应用处理器的核心数量或是效能。而身为消费者的你，你一定会时常看到所谓的「双核」「四核」，甚至是近期联发科所大力推广的「八核」，在在都成为市场所讨论的焦点。的确，处理器核心数量的增加，对于系统整体的表现有一定程度的帮助，

但相对的，整体系统功耗也是消费者十分在意的问题，简单说，手机使用时间的长短，或许就成了你我购买手机的重要因素之一，谁都不愿意见到，一支全新的智慧型手机到手，使用时间却只有半天而已。所以，电源管理晶片（PMIC）的表现也就攸关整体系统功耗的高低。

独立原因之一:核心数量增加与制程演进

从系统层面来看，过去应用处理器整合了电源管理功能，以高度整合方式，以因应整体系统的运作与电源管理的工作，同时因为少了一颗电源管理晶片的关系，成本上也能作到较好的控管。不过，随着半导体制程的演进、处理器核心的增加，再辅以绘图处理器核心也扮演了应用处理器相当重要角色，这使得配合应用处理器的与周边的系统设计变得十分复杂与困难。

再者，由于ARM所大力推广的「big-Little」架构，大小核有着各自的效能定位，所以电源管理晶片必须提供对对应的电流与电压组合。也因此，若不将电源管理独立为单一晶片来进行系统设计，恐怕就无法兼顾整体系统设计的其他层面，像是功耗的降低与性能提升，也都是系统整合业者们要注意的地方。

进一步来看应用处理器的发展历程，制程演进造就了应用处理器的驱动电压愈来愈低，电源管理晶片本身就需要是供对应的电压给应用处理器，一般我们所常见的锂电池所提供的电压，大多也都是4.5V至5V左右，光以此点来看，若没有事先进行降压动作，系统设计恐怕就难以完成。

另外一个要将电源管理晶片独立出来的原因在于，应用处理器的多核概念加上绘图处理器核心的重要性日益增加，倘若是进行手机游戏操作，就会动用较多的绘图处理器的资源，此时基本的处理器就会退居二线处理其他基本的工作，在这种状态之下，为了能动态调整各个不同核心的运作，所以要必须透过各自独立的稳压器来提供对应的电流。简言之，电源管理晶片的多相输出，不光是对应记忆体或是其他子系统，光是应用处理器本身，每个核心的动态控制与电源输出也是需要思考的课题。

从这一点来看，在市场上，不论是高通、NVIDIA、ARM的big-Little、三星与联发科的八核心，其电源管理都各有不同的问题需要因应。一言以蔽之，随着智慧型手机或是平板电脑的系统设计愈趋复杂，独立的电源管理晶片必须提供正确的电压与电流组合，成了最重要也是最基本的功课。

图一 : 随着制程演进与核心数量的增加，使得电源管理芯片在电源供应上变得更加复杂，所以让它独立运作，未尝不是一件坏事。（Source:高通）（FOR美编:上层的橘色区块与文字删掉）

独立原因之二:LTE已成主流

然而，除了处理器核心与绘图处理器之外，为了能使消费者能有更为流畅的使用体验，LTE（Long Term Evolution；长程演进技术）成了3GPP阵营新一代不可或缺的技术。当进入3G时代后，使用者利用手机看线上串流影音或是社群网站的频率已然大增。为了能让连线能更为顺畅，LTE的导入，会让相关的子系统设计也会与传统的WCDMA架构有些不同差异。举例来说，从功率放大器乃至于基频处理器的设计，会因为传输速度的提升再加上现有LTE基地台数量是相对少数的情况下，手机必须不断扫描LTE讯号，这两个原因亦会造成电力会造​​成相当的浪费，如何能即时动态调节该子系统的电力消耗，将是产业界必须思索的问题。所以说，电源管理晶片所扮演的角色在此时将更形重要。

图二 : LTE由于具备更为高速的无线传输能力，再加上讯号又要不时地扫描，就会耗费不少电池电力，如何有效动态控制LTE系统，电源管理芯片也有重要的角色需要扮演。（Source:www.tclproducts.co.uk）

锂电池技术进展有限 另一股整合风潮再起？

不过，随着智慧型手机的轻薄化与大型化已成近期市场主流后，系统设计的难度仍然居高不下。曾经就有业界人士指出，由于锂电池的技术进展相对缓慢，所以就必须靠整体的系统设计来补足这方面的不足。所以为了能提高产品的续航力，电池容量的增加成了相当普遍的作法。但这种作法所衍生的另一问题就在于，系统电路板的面积就会被压缩的相当严重，如同前面所谈到，由于系统的复杂化，电源管理晶片必须独立出来进行整体系统的电力管理，同样的，像是音讯或是感测也是采用同样的作法来进行，以让系统表现可以更加出色。

所以整体系统的设计，就会出现:各部子系统独立设计，却也必须面临电路板空间有限的问题。

为了因应这种情况，就有业者尝试将不同子系统的晶片加以整合，以争取有限的电路板面积。像是Dialog某一款产品就将音讯处理与电源管理两者合并，一次满足两种系统的设计需求，像是音讯处理必备的过滤背景杂音来提升声音的清晰度，就是该款产品的特色之一。

图三 : 虽然说应用处理器整合电源管理芯片的机率较低，但为了要节省电路板面积，将部份的模拟芯片加以整合，也是一条值得思考的路径。（Source:Dialog）

整合与独立 端赖设计需求

凌力尔特电源产品部产品行销总监Tony Armstrong直言，系统整合工程师的确可以选择各种高整合度的电源管理晶片。这些元件通常支援大多数应用所需的功能，包括切换式DC / DC控制器、单晶开关和整合不相关​​的混合讯号功能，如触控萤幕控制器、音频编解码器等众多LDO的组合。但最后的结果可能是变得笨重，并需要在韧体层面上投入大量资源。这些产品往往整合意味高于效​​能，通常将热集中在一个产品内单一区域中，而使热管理变得复杂。讽刺的是，这些高度整合的解决方案也许还需要更多的电路板空间，因为他们采用大型且高接脚数的封装。最后，他们迫使电路板布局必须变得更为复杂，需要容纳所有相关的的外部元件，像是MOSFET、电感、二极体和各种被动元件及相关的布线。

但Tony Armstrong也同意，使用独立零组件的系统，每一个零组件都针对单一功能而最佳化。这种方法具备最高的设计、布局和热管理弹性，同时还可达到每个功能的最适效能水平。只是这种作法的主要缺点是相对较为昂贵，而且还需要大量的电路板空间，才能满足日益成长的功能需求。

另外一种整合的作法是，将电源管理与充电晶片加以整合，这种作法的好处在于能源效率可以有效提升。系统也能更有效率了解电池的充电状况，以让整体能源能达到更有完美的分配。只不过，系统设计永远不会有十全十美的作法存在，整合充电晶片后的首要问题，就是电力来源的复杂性，尽管目前的充电接口都已经改用Micro USB介面，但充电的来源来自个人电脑、车充或是墙上的变压器等，由于实际充电环境相对多元，为了能让系统能运作无虞，过电压与过电流保护是首要必须克服的挑战。

图四 : 说到底，不同应用领域都会需要电源管理芯片，但不同的设计需求，就会衍生出不同的产品来满足，所以高度整合的模拟芯片跟独立作业的电源管理芯片，其实各有市场所好。（Source:eclecti.cc）

结论

总体而言，随着智慧型手机的功能不断进化，使得系统设计更加复杂，考量到整体表现下，将电源管理晶片由应用处理器中独立出来负责整体的能源管理，可以说是确定的事实，只是碍于诸多实务上的问题，电源管理晶片仍然会面临到「整合」与「独立」的抉择。只不过，要整合的，也许是其他的子系统的独立晶片。从成本与系统表现之间的拿捏与权衡，最后还是得看系统业者们的需求而定。