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高整合電源晶片加持 小筆電效能完全燃燒
 

【作者: 王岫晨】   2009年12月09日 星期三

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2009年全球小筆電出貨成長117%


根據資策會MIC預估,2009年全球小筆電(Netbook)出貨量,將達到2432萬台,成長率約117%,至2014年,將達到4700餘萬台。而2010年全球小筆電銷售市場,仍以西歐地區為主,宏碁、華碩、惠普與三星為出貨排名前四名廠商。



資策會MIC表示,2009年全球小筆電出貨量,在華碩、宏碁、惠普、戴爾、東芝等主要筆記型電腦品牌業者相繼投入後,2008年下半年的出貨量開始明顯提升,且通路的拓展及電信營運商的搭售方案,都有助於提升小筆電的出貨成長。2009年小筆電出貨量與2008年相比呈現倍數成長,預估2009年全球小筆電出貨量,將達到2432萬台,成長率約117%。



預期2010年全球小筆電銷售市場仍然以西歐地區為主,因為小筆電兩大品牌華碩、宏碁的銷售主力還是以西歐市場為主。而在其他區域市場方面,北美市場2009年年底的旺季效應需求可期,亞太及新興市場則因經濟成長率持續攀升,未來消費需求潛力也持續看好。



資策會MIC產業分析師古亞薇表示,小筆電未來將以提升產品差異化,來刺激原有成熟、消費市場的購買需求外,並將會以教育、商用及新興市場為主要商機市場,而電信通路也將有助於提升小筆電的出貨規模。



此外,隨著英特爾「Pine Trail」平台的Atom處理器及Windows 7的上市,資策會MIC預估,2010年小筆電的主要產品規格,將以新一代Atom搭配Windows 7為主力。而Google預定在2010年下半年推出的Chrome作業系統,並搭配ARM系統的處理器,在市場以200美元售價推出的新一代小筆電,預料也將獲得不少消費者青睞。



正由於小筆電商機持續燃燒,且隨著x86架構處理器與南北橋進一步整合,以及ARM架構處理器的伺機競爭,不僅將讓小筆電架構設計更趨複雜,更重要的是,其電源供應與管理設計也成為全新的挑戰。



小筆電電源的特點


小筆電以其低價格、小體積、便於攜帶等特性無廣受消費者的認同和接受。但身為輕便的可攜式電子產品,小筆電的電池續航時間始終是業界和消費者關注的焦點,這也使得小筆電對於電源管理方案,在降低功耗、延長續航時間等方面提出了更嚴格的要求。



小筆電的電源管理設計主要挑戰之一,是如何解決主處理器的供電問題。典型小筆電採用的CPU 是英特爾Atom處理器,其許多電源要求都類似於現有的英特爾筆電處理器,採用了類似的電源管理技術,即透過系統與電源管理控制器之間的通訊,來調節各種負載條件下的CPU電壓,同時滿足降低CPU功耗和提高系統性能兩方面的要求。因此,電源管理控制器需要支援英特爾IM VP-6+規範。



不過,小筆電CPU的電流比一般筆電應用要低很多,與筆電處理器在電源管理方面應用多相降壓控制解決方案不同,小筆電處理器多採用單相降壓控制解決方案。輕載效率對小筆電的電池使用時間有很大的影響。因此,電源管理控制器必須在輕載情況下能提供高效率電壓轉換,同時也具有較快的瞬態回應特性。取得這些優良性能最關鍵的技術則在於電源控制架構。此外,由於小筆電的空間更為緊湊,所以需要小型的電源解決方案,這不僅要求採用小尺寸封裝的電源管理控制器,還要求減少外部元件的數量。



因此,在小筆電中,電源管理IC對電池使用時間、系統性能以及整體方案的成本起了重要的作用。高效率的電源管理電路通常有助於延長電池工作時間,也有助於縮小整體方案的尺寸。



(表一) 小筆電電源管理相關廠商與產品介紹

























































廠商

產品類型

產品介紹

附註

Intersil

雙通道同步降壓型PWM控制晶片

已推出ISL6228雙通道輸出的同步降壓型PWM控制晶片,採用強固紋波穩壓器(R3)專利技術,可根據輸入電壓與輸出負載暫態進行動態響應;此外,更整合MOSFET驅動器和靴帶式二極體,減少系統電源的零件總數與實作面積。

目前Intersil也積極投入研發多通道整合型PMU方案。

TI

雙通道整合型電源方案

已推出雙通道整合型電源方案如TPS51120、TPS51220與TPS51124,其中,TPS51120是專為使用3~4顆鋰電池的筆電所設計,可提供5伏特和3.3伏特待機穩壓電源給系統下游電路。微星的WindBook U100即採此款晶片。TPS51220則是內含兩組LDO的雙通道同步降壓轉換控制器,是針對2~4顆鋰電池的筆電系統所設計。

已著手進行高整合度PMU方案之開發。

OnSemi

多款整合型電源管理解決方案

為大部份的小筆電電源管理提供解決方案,包括電池、CPU、系統、I/O及顯示器等,產品涵蓋各式各樣,如控制器、開關穩壓器及MOSFET等。如單相降壓控制器ADP3211A、單相同步整流降壓電源控制器NCP5217、CPU IMVP6+單相降壓控制器單晶片解決方案、單同步整流降壓控制器及雙N 通道MOSFET等。

 

Maxim

降壓控制器

已推出Quick-PWM降壓控制器MAX17000,可用於筆記型電腦中的DDR、DDR2與DDR3記憶體。該單晶片元件整合了一款降壓控制器、來源/接收電流的線性穩壓器以及基準緩衝器,以節省電路板空間,並能產生VDDQ、VTT和VTTR所需的所有電壓。MAX17000適用於筆記型電腦中的高電壓降壓。

 

Wolfson

高整合電源管理方案

已推出WM8320高整合電源管理方案,為先進可攜式多媒體裝置提供最大化處理器效能和延長電池壽命。WM8320是WM83xx系列新產品,針對採用ARM-based處理器的應用提供更小、更高效率且更低成本方案,特別適用於小筆電、行動連網裝置、智慧型電話、手機和數位相框等應用。

產品為針對ARM-based處理器應用所設計

Linear

DC/DC轉換器

已發表LTC3868/-1,其為一款低靜態電流、2相雙組輸出同步降壓DC/DC控制器,單組輸出運作只耗170uA,兩組輸出均運作僅耗300uA,是電池供電應用之理想選擇。當兩組輸出關機時,LTC3868/-1更只耗8uA。LTC3868/-1擁有4V至24V輸入供應範圍,每組輸出可於輸出電流達20安培時設定於0.8V至14V。效率達95%,適合供電工業及醫療設備,及可攜式儀器、筆型電腦及小筆電應用。

產品適用範圍廣泛

聯陽半導體

電源管理晶片

聯陽電源管理晶片過去以無線區域網路及寬頻網路市場為主,目前積極擴展電視市場,已搭配聯發科出貨,切入電視市場,另外,也將進一步擴展小筆電市場。

小筆電市場是下一步切入對象

康舒

小筆電的電源供應器

已開始跨入小筆電的電源供應器,並接獲歐系通訊大廠的訂單。Nokia小筆電的電源轉換器(Adaptor)目前是由康舒及光寶兩廠商包辦。康舒第三季已開始出貨,初期量還不大。

 




精簡化、高整合電源管理晶片


與傳統筆電不同的是,小筆電處理器現存在x86架構與ARM架構處理器兩大陣營互別苗頭,加上中國大陸山寨市場全力發展小筆電等因素,小筆電走向多元化架構一途,這樣的設計方向使得電源管理架構必須從過去分散式(Discrete)式設計轉變成整合式設計。



小筆電講求低耗電,對於原本就專長於行動應用的ARM架構處理器來說,功耗表現不成問題。也因此,比較值得關注的將是x86架構處理器。事實上,比起Intel傳統處理器x86處理器,目前專用於小筆電的Atom處理器功耗已大幅降低,負載電流也較低,因此小筆電的電源管理設計也得以從過去由多顆晶片組成的分散式架構,朝向單一晶片整合多通道電源輸出架構發展。這是因為傳統筆電處理器電流較大,必須採用分散式架構,避免PCB上走線過長而增加功耗與EMI問題。然而電流過大的問題在Atom處理器上已大幅改進,也由於電流量的降低,走線過長問題得以獲得解決,使得整合型電源管理得以成為小筆電應用的主流方案。



小筆電強調物美價廉,成本當然是個重要考量。因此提高關鍵零組件的整合度藉以降低物料成本,對製造商將極有相當吸引力。著眼於價格考量,電源晶片業者紛紛針對小筆電需求開發更高整合度的電源管理單元(PMU),以進一步精簡系統電源的設計,提高產品獲利空間。



此外,在小筆電的電源設計中,處理器也將扮演關鍵角色。例如Intel的下一代Atom處理器Pineview將整合北橋晶片,連帶將省去主機板上的繪圖晶片組,也省下所需的電源晶片,使得PMU在小筆電上更行重要。而ARM架構處理器未來在小筆電上大行其道,也將是推動PMU發展的重要力量。當然PMU之設計與封裝成本較高也是一大考量,目前PMU多用於高階手機。未來成本是否降至小筆電產品所能接受的合理範圍,亟待觀察。



結語


小筆電日受歡迎,但是對電池續航時間要求更高,更需要最佳化的電源解決方案。小筆電的電源管理需求,勢必也將帶動電源晶片設計商新一波針對小筆電需求所開發的電源管理晶片,以更先進的控制架構、高頻轉換和封裝、整合技術,幫助小筆電延長電池使用時間、實現電源管理系統小型化、高效能及降低系統成本等要求。



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