便攜設(shè)備集成化 未必越少越好

在我從事便攜式設(shè)備開發(fā)工作的大多數(shù)時(shí)間里，一直被教導(dǎo)“越少未必越好”。PC 電路板上的集成電路 (IC) 數(shù)量越少，就越好。自從第一款便攜式計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電話在 20 到 30 年前問世以來，我們就始終孜孜不倦地在為更小巧、更輕薄以及更低價(jià)格而努力。當(dāng)然這種集成趨勢(shì)在很大程度上是由半導(dǎo)體工藝技術(shù)的快速進(jìn)步所帶來的。雖然不太好意思承認(rèn)，但我的確記不清“亞微米技術(shù)”是什么時(shí)候成為主流的。老實(shí)說，到現(xiàn)在我也記不起來我最后一次使用工藝技術(shù)為 1 微米左右的 IC 是在什么時(shí)候。

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多年來，我所在的團(tuán)隊(duì)一直在負(fù)責(zé)開發(fā)適用于移動(dòng)電話的高集成度 PMIC 器件。在從 20 世紀(jì) 90 年代第一款數(shù)字 (2G) 產(chǎn)品出現(xiàn)到大約 2007 至 2008 年 3G 產(chǎn)品成為主流的這段時(shí)間里，我觀察到一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的趨勢(shì)。我們?cè)谙到y(tǒng)的 PMIC 中整合的內(nèi)容越多就越好，我們的目標(biāo)是減少芯片數(shù)量，這相當(dāng)于降低成本。早在 1996 年，我們就知道“有一天”移動(dòng)電話會(huì)風(fēng)靡開來，因而確實(shí)應(yīng)該價(jià)格低廉。當(dāng)然我們當(dāng)時(shí)的最終目標(biāo)是開發(fā)“單芯片移動(dòng)電話”。我承認(rèn)，其實(shí)我們中許多人的真實(shí)想法是至少兩顆芯片，一個(gè)模擬的和一個(gè)數(shù)字的，但事實(shí)遠(yuǎn)沒這么簡(jiǎn)單。

隨著電話功能的增多以及相應(yīng)內(nèi)部電源軌數(shù)量的增多，我們的 PMIC器件在功能上也變得越來越強(qiáng)大。但實(shí)際的芯片/封裝尺寸并沒有變大，原因在于雖然我們?cè)黾恿斯δ?，?IC 工藝和封裝技術(shù)的進(jìn)步讓我們能將這些特性大致地整合到相同大小的尺寸中。在上個(gè)世紀(jì) 90 年代中期，我們“業(yè)界一流”的 PMIC或許有五個(gè)直流輸出電源軌、一對(duì)音頻放大器和一個(gè)可驅(qū)動(dòng)外部功率 FET 的線性電池充電器。封裝尺寸大約是 8mm x 8mm，有 48 個(gè)引腳。10 年后，我們采用 100 到 200 個(gè)焊球的 BGA 封裝，尺寸約為 8mm x 8mm 及至更小，沒有外部 FET，能提供 15 到 20 個(gè)電源軌和開關(guān)充電模式。我們確實(shí)從一代 PMIC 到另一代 PMIC 實(shí)現(xiàn)了以更少獲得更多。

但在過去幾年里，另一種趨勢(shì)不斷顯現(xiàn)。雖然我們將器件的尺寸今年比去年，這10年比上10年做得更小，但到某個(gè)點(diǎn)的時(shí)候我們可能會(huì)意識(shí)到這個(gè)世界上不是所有的事物都遵循摩爾定律。畢竟它不是純粹的“定律”，更多只是一種觀察。此外，還得出了一個(gè)結(jié)果，那就是越來越小的硅芯片工藝尺寸并非始終適用于電源 IC。

那么如何在移動(dòng)產(chǎn)品中對(duì)功耗進(jìn)行細(xì)化？大致來說，消耗電量的主要負(fù)荷有處理器、無線電廣播、顯示器和電池（在充電的時(shí)候）。隨著移動(dòng)系統(tǒng)的日趨復(fù)雜以及從 3G 向 4G 演進(jìn)發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn) PMIC 集成度不斷提高的趨勢(shì)開始發(fā)生輕微的逆轉(zhuǎn)。雖然系統(tǒng) PMIC 仍然是擁有眾多功能的相對(duì)大型的復(fù)雜器件，但這些高功率功能中的一部分正被轉(zhuǎn)移給外部電路。特別是 RFPA 電源、顯示器背光驅(qū)動(dòng)器和電池充電器 IC 已實(shí)現(xiàn)了外部實(shí)施。如果有一個(gè) 3 安時(shí)的電池，需要在 1 小時(shí)內(nèi)完成充電，除非想看到 PC 電路板上冒出青煙，否則沒有其他方法可以使用。

作為工程師，有時(shí)我們會(huì)忘記我們所做的一切的動(dòng)力是客戶（無論是個(gè)人消費(fèi)者還是企業(yè)客戶）愿意為之付款的產(chǎn)品和服務(wù)。伴隨近期移動(dòng)技術(shù)勢(shì)不可擋的蓬勃發(fā)展，我們知道人們想要高速數(shù)據(jù)、明亮的大屏幕，而且希望隨時(shí)隨地都能使用自己的設(shè)備。因此，為了實(shí)現(xiàn)這些期望，我們需要電源。更強(qiáng)大的功能意味著需要體積更大、容量更大的電池。

更高容量的電池意味著更大電流的充電器，在智能電話和平板電腦領(lǐng)域我們已走到了這一步，即將電源轉(zhuǎn)換解決方案分解成多個(gè)組件是合理的做法。為此，某些我們以往的 PMIC 設(shè)計(jì)人員正在再度設(shè)計(jì)獨(dú)立的電池充電器！幸運(yùn)的是，在具有高效率充電器的情況下，我們現(xiàn)在既能夠用 2、3 乃至 4 安培的電流充電，而且還能夠讓 PC 電路板上的組件高度不超過 1 到 2mm。

因此，在具體到模擬和電源轉(zhuǎn)換電路領(lǐng)域，我們不能始終持有“越少越好”的想法。有時(shí)候，如何您想要更多，那么您只有投入更多才能獲得。所以越少未必就一直是越好。也許對(duì)于電源來說，“大就是全新的小 (Big is the new Small)”才是新的現(xiàn)狀。

參考資料鏈接：

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硅芯片技術(shù)： https://docs.google.com/viewer?url=http%3A%2F%2F%2F~yosish%2Fcourses%2Fvlsi1%2FII-1-Si-Tech-introduction.pdf

摩爾定律：

移動(dòng)電話輕薄化趨勢(shì)：

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