多核處理器應(yīng)用火熱，高整合度電源芯片勢在必行

　　高整合電源管理晶片可強(qiáng)化多核心處理器效能。行動裝置大舉導(dǎo)入多核心處理器，讓電源設(shè)計架構(gòu)隨之異動，不少應(yīng)用處理器開發(fā)商已開始將部分電源功能自平臺中分離，讓合作的電源晶片業(yè)者開發(fā)更高功能整合度的電源管理方案，以兼顧處理器效能和低功耗設(shè)計。

　　消費(fèi)者對于智慧型手機(jī)、平板裝置（Tablet）及個人電腦（PC）的新功能及高效能，有著持續(xù)的需求，使得多核心處理器重要性已超越傳統(tǒng)的單核心元件。

　　各家晶片商所提供的最新多媒體應(yīng)用處理器系列產(chǎn)品，系由安謀國際（ARM）Cortex-A9或Cortex-A15核心先進(jìn)架構(gòu)所組成，其中包括各種不同的單核心、雙核心或是四核心架構(gòu)，可涵蓋各種效能的需求。

　　安謀國際推出的非對稱式big.LITTLE系統(tǒng)是建立在多核心原理上，并更進(jìn)一步將高效能核心如Cortex-A15與有著相同架構(gòu)且極具能源效率的核心如Cortex-A7結(jié)合在一起，將所有處理工作的電源效率最佳化。

　　新興的多核心應(yīng)用處理器系列整合周邊，例如動態(tài)隨機(jī)存取記憶體（DRAM）控制器與ARM Neon此類媒體和繪圖協(xié)同處理器，將能帶來更多的效能增益。

　　當(dāng)雙核心處理器約于2011年進(jìn)入市場時，其電源方案就只是將單核心裝置的電源架構(gòu)延伸應(yīng)用于雙核心架構(gòu)上，以共用的電壓來驅(qū)動這兩類處理器。隨著多核心產(chǎn)品發(fā)展藍(lán)圖的進(jìn)展，四核心裝置已于市場上出現(xiàn)，且目前八核心的裝置也正在開發(fā)中。

　　支援多核心處理器　電源管理架構(gòu)興革

　　展望未來，將會有更復(fù)雜的處理器出現(xiàn)，因此將需更佳的彈性并能將電源控制應(yīng)對至各別的核心，藉以達(dá)成能源效率的最佳化。如此一來，處理器將增加電源管理架構(gòu)的復(fù)雜度，必須將每一個核心獨(dú)立出來至它本身對應(yīng)的電源電路，然后以個別的穩(wěn)壓器來供應(yīng)電源（圖1）。這種方式可使用較小的穩(wěn)壓器，并能調(diào)整電流大小，來供應(yīng)較低的電流需求。

　　圖1 將個別核心的電源電路獨(dú)立出來，可強(qiáng)化電源管理的彈性及能源效率。

　　另外一項促成多核心系統(tǒng)的電源架構(gòu)變革的重要因素，在于40奈米（nm）、32奈米及最近28奈米的生產(chǎn)制程技術(shù)是否已獲得廣泛采用。這些連接至每一個穩(wěn)壓器的輸入端，無法支援5伏特（V）的電池電壓，因為較小的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）尺寸需要較低的工作電壓，才能有效地降低可被應(yīng)用的最大電壓，因此現(xiàn)在需要將電源管理功能從應(yīng)用處理器移出，放到獨(dú)立的裝置上。

　　這與第一代的行動裝置所采用的方法形成對比，因為在第一代行動裝置上，所采用的電源管理通常是與應(yīng)用處理器整合成一顆單晶片。隨著趨勢朝向更復(fù)雜的多重穩(wěn)壓器架構(gòu)，以及在一個單獨(dú)的裝置上使用Off-Chip技術(shù)后，新一代更先進(jìn)及更復(fù)雜的電源管理IC于焉興起。

　　這些電源管理IC的特性與功能正在進(jìn)化中，可改善目前消費(fèi)性行動與多媒體產(chǎn)品上多種使用模式的能源效率。在典型的情況下，會使用交換式穩(wěn)壓器來供應(yīng)低電壓，例如處理器核心及輸入/輸出（I/O）所需的電壓（對于使用28奈米制程的處理器而言，這種電壓可能分別低到1和2伏特）、記憶體IC及其他周邊裝置所需的電壓。而升壓轉(zhuǎn)換器也可能被用來給發(fā)光二極體（LED）供電所使用，例如可當(dāng)做螢?zāi)槐彻獾腖ED。此外，整合型的低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，也可被用來驅(qū)動重要的子系統(tǒng)，例如感應(yīng)器、LED指示器或馬達(dá)。

　　從用來對備用電池或超級電容進(jìn)行充電并只有幾毫安培（mA）的小型電源供應(yīng)器，到能連接在不同來源的數(shù)位化控制的多模鋰電池充電器，例如插墻式充電器、通用序列匯流排（USB）5伏特電源供應(yīng)器或車用充電器等，各種電池的充電功能都可被運(yùn)用。

　　其他用來監(jiān)測外部電壓與溫度的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）的功能也是種選擇。此外，運(yùn)用在晶片上的電源監(jiān)測及智慧控制，可讓電源管理IC來處理重要的功能，例如開機(jī)時序/關(guān)機(jī)時序、系統(tǒng)重置與中斷處理。這可協(xié)助設(shè)計人員改進(jìn)整體系統(tǒng)的可靠度及能源效率。

　　搭載DVC功能　電源管理IC可動態(tài)調(diào)整電壓

　　具有六組降壓穩(wěn)壓器的新興世代電源管理IC，適合運(yùn)用于多核心應(yīng)用，其工作頻率固定在3MHz。該電源管理IC使用高度僅有1毫米（mm）的1微亨（μH）電感，且使穩(wěn)壓器可在供應(yīng)所需的尖峰值電流之下，同時支援外型尺寸極小的行動裝置。

　　該款電源管理IC具有動態(tài)電壓控制（DVC）功能，使供應(yīng)電壓可根據(jù)處理器的負(fù)載而適時做調(diào)整（Adaptive Adjustment）。三組降壓穩(wěn)壓器能供應(yīng)高達(dá)2.5安培的電流，而剩下的三組則是提供高達(dá)1.5安培的電流。將穩(wěn)壓器采用并聯(lián)式連結(jié)，則可創(chuàng)造出能提供5安培或3安培的電流，以滿足目前高效能處理器對于核心電流的需求。因此設(shè)計人員可擴(kuò)展或調(diào)整其配置來搭配不同系統(tǒng)的需求。

　　這款產(chǎn)品包含十一組可程式化的低壓差穩(wěn)壓器，其額定輸出電流的范圍在100？300毫安培之間。它可支援遠(yuǎn)端電容布局（Remote Capacitor Placement），以及在1.5/1.8伏特的低輸入電壓情況下運(yùn)作，也允許與合適的降壓器串接，以改善整體系統(tǒng)效率。這些低壓差穩(wěn)壓器也可被配置成限制電流的旁路開關(guān)，來支援其他記憶卡或外接式配件等周邊設(shè)備。

　　此外，有一些功能是針對低雜訊應(yīng)用而設(shè)計，以及有一個功能是在進(jìn)行觸控時，可當(dāng)做6位元脈沖寬度調(diào)變控制的震動式馬達(dá)驅(qū)動器。圖2所示為，整合六組降壓穩(wěn)壓器、十一組低壓差穩(wěn)壓器、備用電池充電器、電源管理和監(jiān)測功能的電源管理IC。

　　圖2 電源供應(yīng)及管理功能皆整合在這顆電源管理晶片之中。

　　結(jié)合穩(wěn)壓器/智慧管理能力　系統(tǒng)電源效率再提升

　　將電壓穩(wěn)壓器與智慧電源管理功能結(jié)合在單一電源管理IC之中，可實(shí)現(xiàn)許多省電特性，且其自主式運(yùn)作并不會受到來自應(yīng)用處理器的干預(yù)。電源管理模塊具有啟動排序引擎，它可允許內(nèi)部與外部穩(wěn)壓器及電壓開關(guān)可行程式化的啟動。

　　此種電源管理IC有多種運(yùn)作模式，其中包括五種低電源模式，在這些模式下，只會使用