省电并非是今日才成为电子设计的重点诉求，早在TTL时代就已开始，例如74系列的逻辑IC有较快速运作的74F系列或较省电运用的74LS系列，之后1992年美国政府推倡绿色电脑（Green PC）的能源之星（Energy Star）省电规范。

然而，随着运算的普及与运算需求的增加，省电的重视性正不断在提升，加上油价等能源成本问题日益明显，省电设计也就更加地急迫及严苛。

或许有人认为，只有倚赖电池的掌上、手持式装置需要重视省电设计，若有车用电瓶或交流电插座就无须在意省电性，事实上即便今日的车用电子、家庭消费性电子也都一样重视用电性，毕竟用电要归算至长期的使用成本，就连重度运算机房内的伺服设备、交换设备、储存设备也都开始重视用电，尽可能降低电力开销在营运成本中所占的比重。

因此，以下我们将从各种层级与角度，以多项列举的方式来说明今日各种电子设计中的省电技术、机制。

《图一 PowerWise Interface简称PWI，图为一般PWI 2.0的系统概念图，其中主控端（Master）为SoC芯片，受控端（Slave）为电源管理芯片，相互间并透过SCLK、SPWI两线路来进行供电需求的沟通。》

晶片层级的省电

晶片层级的省电作法多从几点下手，有晶圆厂者可透过密度制程提升来省电（如从130nm精进至90nm）。而纯晶片设计者则从电路设计上改变，如逻辑闸化简。

制程提升与电路化简是直接或初步的作法，更智慧性的即时调适才是更有效的方式，对于高度整合的晶片而言，并非同时使用到内部的所有功能电路，对于暂时​​闲置不用的局部电路，设计上必须能控制其局部断电，待需要时再加以供电，用较易理解的生活譬喻来类比，如同家庭对于未用的房间会加以关灯，两者用意近似。

《图二 CMOS影像传感器因为供电设计简易、省电、低廉且小体积，将在数年内大幅挤压CCD影像传感器的市场空间，图为OmniVision公司的CMOS彩色影像传感器：OV7940-Q》

CMOS逻辑闸若长期处于0/1稳态则不会耗太多电，真正关键是在频繁切换0/1准位的线路与电路，愈是频繁愈是耗电，很明显时脉线路身处第一，所以局部断电也会以时脉线路、高频电路为优先，达到较高幅度的省电，对应到现实生活也等于不要频频开开关关电灯。

类似的，Intel的Speed​​Step技术即是在侦测供电来源是电池还是插座？若为插座则让CPU全速运作，若为电池则降速运作，借此省电。或如Intel的DBS（Demand Based Switching）技术，CPU一般运作时脉为3GHz，在运算负荷增加时将提升至3.2GHz运作，负荷减轻时改降至2.8GHz运作，等于增添时脉涨跌停机制，借此省电。

《图三 D类放大器的电源利用率极高（多在90%以上），胜过今日常用的AB类放大器，更远胜仅25%电源利用率的A类放大器，且D类放大器的体积小，手持行动装置、超薄平面电视亦都爱用，图为Zetex公司针对高功率重低音喇叭所推出D类放大器：ZXCD500MOEVA，有效功率高达500W。》

不过，Speed​​Step仅为两段，DBS仅三段，更佳的作法是更多细腻刻段的省电，以及更即时侦测负荷状态与反应（例如Speed​​Step以每250uS侦测一次供电源并对应切换时脉，而Enhanced Speed​​Step加快至每10uS一次），并对应调整供应电压准位，高速时提升电压，低速时则降低电压，Transmeta的LongRun/LongRun2技术及AMD的PowerNow！技术为此中代表。

事实上此一时脉精省及动态调节的道理依然在扩展延续，目前仍在提案、研发中的新省电技术也以此持续加深运用发挥，如Intel于前不久的IDF Fall 05'开发研讨会中提出：依据运算负荷来动态调整CPU内的快取记忆体容量，藉由关闭过多的快取记忆体供电来节能，或如Sun正研发非同步时脉的处理晶片，今日晶片多采集中一致的时脉，Sun期望让晶片内不同运作特质的局部电路使用不同速度的时脉，但晶片整体依旧可平顺运作，借此省电。

要注意的是，目前晶片内的省电设计技术多为各业者的独门绝活，除过往多年的交互授权外鲜少对外输出技术，不过今年起Transmeta已提供LongRun技术的矽智财授权业务，Sony便向其购买此一技术，并计画用于Cell晶片中。或如ARM与NS联手提出PowerWise的开放式省电管理介面，PowerWise的技术资料可免费下载取得，但使用上仍须向ARM取得IP授权，这些是少数愿意转移的晶片层级省电方案。

《图四 过去的PC硬件监督芯片较强调侦测却少控制，例如侦测温度、风扇转速、供电电压准位等，而今则能依据温度高低来对应调整风扇转速，Winbond的W83627THF Super I/O芯片（LPC接口）即具有此调适功能，并称为Smart Fan Control技术。》

电路板层级的省电

晶片之外的是电路板，此层级的省电设计方式就较为多样、宽广，我们以逐项要点的方式来说明，这些要点多是组件的选择或实现手法的选择。

1.IC优先

一般而言，SoC（单晶片）会较Chipsets（晶片组）来得省电，理由是SoC多有更集中、一致、完整的省电管控机制，且较多的资料、讯号是在晶片内传递，比晶片间传送更省能。

2.CMOS优先

CMOS向来是较省电的制程技术，就影像感测器（Image Sensor）而言CMOS即比CCD省电，或如无线发送器亦是CMOS比BiCMOS、SiGe、GaAs省电。

3.PSRAM优先

传统SRAM较为耗电，近年来逐渐有用较省电的PSRAM（pseudo-RAM，伪SRAM）取代之趋。

4.Flash优先

撇开价格容量比因素，在相同容量的设计目标下，Flash Memory比Micro Drive省电，最明显的即是近阵子Apple推出的iPod nano，以Samsung 2GB/4GB NAND Flash Memory取代使用Hitachi 4GB/6GB 1 ” Micro Drive的iPod mini。

5.Switch优先

纯就电源转换率而言，Switch（切换式、交换式、开关式供电）优于Charge Pump（电荷泵）与Linear（线性供电），在较大供电量时必然要考虑Switch作法，然而Switch也有副作用，包括电源品质较Linear差，以及因LC震荡电路的频繁切换使设计时需留心电磁干扰问题。因此在重视电源品质及低供电量时仍须考虑Linear，​​例如手机、数位广播（DAB）等无线应用须使用到电压控制震荡器（VCO），此时仍以Linear供电才能提供够洁净的供电品质，尤其现在的Linear多半强调低功率消散（LDO），电源转换率、利用率已有改善。

6.Class D Audio Amplifier优先

长久以来音效功率的放大作法多采AB类，近年来D类放大却急速窜起，原因在于D类放大体积小、电源利用率佳，不仅手​​持装置普遍爱用，许多强调轻薄的视听家电或车装空间有限时，也多会采用D类放大。不过D类放大亦使用上LC切换震荡，一样要注意干扰设计。

7.Hardware优先

以硬体方式实现多半比软体方式省电，软体必须拘限于制式的CPU、记忆体、I/O等程序架构才能实现某一特定应用，最典型即是MPEG-1/2/4的编解码工作，无论是STB或PMP，若用硬体CODEC晶片来进行音视讯的编解码，将比执行编解码软体来得省电，也多半更快速与更能保证执行效率。

类似的情形还有TI的OMAP1510、OMAP1610/11/12、OMAP1710、OMAP2420等SoC晶片，此类晶片具有双核（Dual Core）架构，在此指的双核并非是两个一样的MPU核心，而是MPU＋DSP的搭配，即ARM ARM9 MPU＋TI TMS320C55x DSP，如此在手持式多媒体运算时将比仅有MPU负责执行运算来得省电。或者，ARM提出Jazelle技术的IP，可加速娇小装置对Java程式的执行且较省电。

《图五 W83627THF Super I/O芯片一方面能侦测温度，另一方面则以控制散热风扇马达的供电来调整风扇转速，图中为控制曲线，以摄氏55度为基准，有上下6度的容忍度，超过58度则加快风扇，低于52度则放慢风扇。》

韧体、软体层面的省电

晶片、电路的省电是完全从运作机制中进行省电，而韧体、软体的省电既有运作过程的省电，也有部分是状态与使用层面的因应省电。

1.受控的电源管理

有些晶片允许自外部输入控制信号，使晶片的部分功能开启、关闭、或进入省电模态，借此达到省电，例如双声道的D类放大器允许个别开关左、右声道的运作，一旦碰到单声道应用，则可透过控制让另一声道暂行关闭，借此省电，其实这只是晶片内智慧性局部电路关闭的外部延伸，但需要靠控制电路、韧体、软体来共同达成。

类似的，今日PC都能透过侦测，了解记忆体插槽被插入多少个记忆体模组，或PCI插槽插置多少介面卡，未有插置使用的位置将被关闭供电，尤其是关闭时脉线路的运作，借此省电。

2.可程式化电路的精进

这同样类似晶片层级的省电手法，若有使用FPGA之类的可程式逻辑元件，若能够重新审视并精进逻辑程式，则可使逻辑闸的耗用数减低，借此省电。不过FPGA自身本就比ASIC之类的晶片来得耗电。

3.情境式省电

一旦CPU温度降低，就对应将风扇转速减慢，反之则加速，不仅省电还可降低噪音值与风扇使用寿命，ASUSTek（华硕电脑）运用Winbond（华邦电子）的硬体控制监督晶片来实现此一功能，并称为Active Fan，这也是透过晶片、电路及韧体所达成。

类似的，有国内业者于设计PDA时，于外部设置一个光敏电阻，用以感应所处环境下的光照亮度，若外部过暗则提高LCD的背光亮度，若外部明亮则可降低亮度，借此省电。或者PC长时间闲置时，硬碟的控制电路会先行停电，若更持续闲置则连主轴马达的运转也会停止，借此省电，同样的MP3随身听若无声音输出（例如暂停或完全无播放）持续达1分钟，则自动先关闭LCD显示幕，进一步则全机关闭。

以上这些都属于情境式的因应、调适省电，有人亦称这些自我调适的设计为「游牧运算」，不过更广义的游牧运算不仅发挥在省电，包括侦测网路频宽不足时，能将E-Mail的收发从下载完整信件自动改成只先下载信件标题，或者利用网路传输离峰时先行抓取使用者下一步可能会浏览的网页资料，以加速整体浏览速度。

结尾

事实上还有更多的省电设计值得讨论，例如利用超电容（Ultra capacitor）来平衡供电的尖离峰需求，使电池使用时间延长等，然在此还是先打住。

除不断节流外，开源也渐受关注，不仅是今日热门的燃料电池（Fuel Cell），也包括如何更快速充电（例如Apple iPod只需3小时即可充电达满额的80%，iPod Shuffle精进至2小时，如今iPod nano更是只要1.5小时）、更多充电源或替换源（如透过USB埠充电，或有业者的手持式摄影机可直接挪用NOKIA手机的电池），其他微充电（如太阳电池、MEMS微机电式晃震发电）等。