如何促使產(chǎn)品更環(huán)保

　Freescale 亞太區(qū)市場經(jīng)理 Norman Chan
　
　　如今, 人們之間通過電子產(chǎn)品緊密相聯(lián)，而每個電子產(chǎn)品所具有的功能也越來越多。由于需求以及生活方式的不同，要求電子產(chǎn)品必須具備互聯(lián)功能、無線或有線的媒體傳輸能力以及為不同應(yīng)用進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理的能力。舉例來說，你愿意攜帶一部只能對話而沒有音樂、視頻、游戲、郵件、拍照、及存儲功能的手機(jī)么？現(xiàn)階段，我們已經(jīng)可以見到帶有攝像甚至更先進(jìn)功能的手機(jī)。由于每個電子產(chǎn)品或設(shè)備增加了眾多的功能，電池功率、密度及容量也因此增加。這給我們所居住的環(huán)境帶來了大量的能耗、能源浪費(fèi)，以及幾十億的無法回收的廢棄電池。如果處理不當(dāng)，就會對我們的環(huán)境帶來很大傷害。為了解決這個問題，我們需要做到不浪費(fèi)能量或能源，每個電子產(chǎn)品的功能設(shè)計為低能高效。當(dāng)然我們并不想限制電子產(chǎn)品的功能，但是我們可以通過先進(jìn)的設(shè)計、技術(shù)，以及部件系統(tǒng)構(gòu)架集成更好地轉(zhuǎn)換能量并減少能耗。以下介紹關(guān)于這方面各種努力方向。

設(shè)計

　　從設(shè)計的角度來說，無論是在芯片級還是板級，電能的利用可以通過電量節(jié)約技術(shù)和具有各種系統(tǒng)操作模式的工藝功能減至最小，而并不犧牲預(yù)期或所需輸出質(zhì)量（無論是什么要求）。讓我們以手機(jī)為例，可以在不同的層面上節(jié)約電量：　

技術(shù)

　　在這方面，技術(shù)扮演著重要的角色， 涉及每個設(shè)備或器件針對某一指定功能或性能，如何有效地利用電能。例如，制造芯片的工藝決定IC將在何種電壓運(yùn)行，每個器件（晶體管，邏輯門等）如何以最小的功率工作。對于晶體管，我們將考慮設(shè)備增益。如果我們以MOSFET為例，我們則須考慮在何種Vgs將輸出何種強(qiáng)度的Ids。此外，還須考慮可能會消耗和損失寶貴功率的泄漏和寄生。例如在晶體管導(dǎo)通時，F(xiàn)ET的Rdson會指示導(dǎo)電損失如何。流經(jīng)此電阻的電流將會轉(zhuǎn)化為熱能，對于設(shè)備輸出而言就是損失功率。

　　Freescale 借助首創(chuàng)的SMARTMOSTM工藝取得了極佳的效果。該工藝可輸出高功率并最優(yōu)化便攜設(shè)備的關(guān)鍵需求，如低泄漏、低Rdson。并具有高精度和很好的性能。

器件/構(gòu)建塊

　　無論是有源還是無源的器件，在工作狀態(tài)下，都將有功耗損失。例如，電容將產(chǎn)生串聯(lián)電阻（ESR），其將轉(zhuǎn)化為熱損，而電感將產(chǎn)生直流電阻（DCR），其將構(gòu)成對線路或系統(tǒng)的損失。法拉第告訴我們在理想狀況下這些設(shè)備不會產(chǎn)生損失，但是實(shí)際情況是任何東西都不是理想的。即使是無電阻元件也是非理想的，也將構(gòu)成損失。例如，降壓轉(zhuǎn)換器在開關(guān)FET處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時，續(xù)流二極管要求一個正向偏壓通過以使電流流動。這個經(jīng)過二極管的壓降將構(gòu)成損失，這是由于它并不對功率輸出產(chǎn)生任何貢獻(xiàn)，而只是使輸出電流流動。類似地，LED需要正向偏壓來使其開啟，對于某些彩色LED，這個值可能高至4V。值得慶幸的是，隨著科技的進(jìn)步，這些不受歡迎的特點(diǎn)都越來越小了。由于封裝和電容和電感的形成取得了進(jìn)步，寄生減少，從而ESR或DCR可以減小。二極管如肖特基二極管現(xiàn)在采用較低的正向偏壓生產(chǎn)，從而更多的電壓可以用于輸出。同樣地，LED偏壓也越來越小。

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　　在污染環(huán)境方面，可能沒有哪個器件比我們用在便攜設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)或移動電話）的電池更令人擔(dān)憂。按現(xiàn)在我們消費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)，每年將扔掉幾十億計的電池。一個電池一旦用完，其壽命就終止了，將被扔掉，如果沒有恰當(dāng)?shù)奶幹茫渲械乃岷陀卸净瘜W(xué)品將會對環(huán)境造成危害。實(shí)質(zhì)上，這將對我們的環(huán)境產(chǎn)生直接的危害，而前面所說的功率損失和寄生只是間接危害。盡管如此，由于我們?nèi)祟愃枰牟粩嘣黾拥墓δ?，以及能源使用效率的低下，助長了電池的浪費(fèi)。如今我們看到電池生產(chǎn)商采用先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)使用壽命更長的電池。例如，20年前，大多數(shù)電池是NiMH電池而不是鋰電池（Li ion）, 而且電池單位能量也比今天的低很多?，F(xiàn)在鋰電池或聚合物鋰電池在手機(jī)等便攜設(shè)備中廣泛應(yīng)用。人們已經(jīng)開始引入更先進(jìn)的，在相同條件下具有更高能量密度、使用壽命更長的電池。例如，由便攜式電子設(shè)備引發(fā)的電池技術(shù)下一浪潮，其主角是Iron-Li-ion（FeLi）電池。這些電池充電快，壽命長，而且更安全，單位儲存能力也更高。另一技術(shù)進(jìn)步就是目前備受追捧的燃料電池，這些電池更環(huán)保，無須充電，只要有氫燃料供應(yīng)就可提供能量。實(shí)際上，人們正在加快研制用于便攜應(yīng)用RFID（如射頻身份認(rèn)證）的燃料電池，努力使其盡快投放市場。另外，政府和專業(yè)機(jī)構(gòu)如U.S. Fuel Cell Council，或燃料電池工業(yè)協(xié)會也在美國成立并致力于燃料電池的發(fā)展和普及。

　　最後,我以顯示器來結(jié)束這個構(gòu)建塊列表，很多大大小小的公司，科學(xué)家或工程師試圖推出耗電更省的顯示器。如果你看一下電子產(chǎn)品，對人類最直接的界面就是顯示器。你需要顯示器來瀏覽，玩游戲，或者查看你正在寫的或控制的內(nèi)容，或輸入你想要運(yùn)行的功能。這也是數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)LCD顯示器越來越大，顏色分辨率越來越高的原因。這也導(dǎo)致更多的電能消耗和電池消耗。為了解決這個矛盾，應(yīng)運(yùn)而生的Bi-stable顯示器技術(shù)無須消耗功率就可顯示圖片內(nèi)容。我們已經(jīng)看到了諸如日本的e-books電子圖書已在使用這種技術(shù)。該技術(shù)無須電能顯示已經(jīng)顯示的圖片，而且永遠(yuǎn)不需要。只有在需要更換或刷新時才消耗電能。而且，其具有反射手段無須背光燈，只須環(huán)境光線就可以了。這與傳統(tǒng)顯示器形成鮮明對比，如STN， LED， 或LCD都需要連續(xù)的電能來瀏覽或?qū)D片停留在顯示屏。這種新技術(shù)將使終端產(chǎn)品重量更輕并可以在極低的能量下運(yùn)行，進(jìn)而意味著可節(jié)省更多的能量，使我們的環(huán)境更環(huán)保。該技術(shù)最適合無須頻繁改變顯示內(nèi)容的應(yīng)用，如eBook,或機(jī)場及火車站電子時間表。該技術(shù)也廣泛被稱為ePaper顯示（EPD），或eInk無電顯示。
　
封裝

　　封裝在降低成本，以及性能和最小化方面所作的努力由來已久。但是，直到最近，政府和各國才強(qiáng)制使用無鉛和符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的允許材料。RoHS標(biāo)準(zhǔn)即為Reduction of Hazard Substances，是一個指令，要求從電子電氣產(chǎn)品中消除鉛、鎘、汞、六價鉻、某些阻燃劑、聚溴聯(lián)苯（PBB）及聚溴二苯醚（PBDE）。該指令由歐盟2006年7月1日生效。有些人們通常將RoHS稱為無鉛指令，而實(shí)際它限制的更為廣泛，包括以下6種物質(zhì)：
　　1． Lead [鉛]
　　2． Mercury [水銀]
　　3． Cadmium [鎘]
　　4． Hexavalent Chromium (chromium xxx or Cr6+) [六價鉻]
　　5． Polybrominated Biphenyls（PBB）[聚溴聯(lián)苯]
　　6． Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE） [聚溴二苯醚]
　　　　　?。≒BB 和PBDE是使用在幾種塑料中的阻燃劑）

　　為了支持RoHS指令，自2006年3月，F(xiàn)reescale通過pdf和網(wǎng)絡(luò)手段來提供材料組成與合規(guī)數(shù)據(jù)（基于IPC1752表）。新產(chǎn)品將全部符合RoHS指令而舊產(chǎn)品將轉(zhuǎn)為合規(guī)產(chǎn)品。

　　盡管電池不受RoHS限制，也有指令和限制專門強(qiáng)調(diào)需要提高和保護(hù)環(huán)境免受來自電池廢物的負(fù)面作用（例如歐盟1991電池指令（91/157/EEC））。

綜述

　　對于如何使我們的環(huán)境更環(huán)保的實(shí)例就是Freescale的TPMS（輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)）。眾所周知，TPMS是一種安全監(jiān)視系統(tǒng)，用于監(jiān)視汽車輪胎壓力和溫度，如果壓力超過安全范圍就會向司機(jī)報警。Motorola或FSL是最早進(jìn)入這個領(lǐng)域的公司，始于1985年。多年以來，美國政府立法要求小型汽車必須安裝TPMS。我們也看到其他國家也在開始采取這項(xiàng)措施，中國正積極推動在大型車安裝這個系統(tǒng)。Freescale的TPMS解決方案在封裝IC內(nèi)置了RF設(shè)備、傳感器以及MCU，可以容易持久地置于汽車輪胎。所采用的材料符合RoHS規(guī)定，將多種智能集成于單一設(shè)備意味著更少的器件。此外，我們還有傳感器（不僅僅是壓力傳感器）用于在汽車運(yùn)行時檢測， 由于無須運(yùn)行IC，所以僅需要很小的能量。因此，我們的TPMS壽命很長（一般8-10年），大大超過了輪胎的壽命。這就是我們在封裝、設(shè)計、系統(tǒng)（軟件和硬件）及器件水平所實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，我們在努力尋找途徑最小化使用地球資源。Freescale將繼續(xù)生產(chǎn)可以幫助提高機(jī)械、汽車、和電子系統(tǒng)能源和燃料效率的產(chǎn)品，同時也改善我們的生活。
 
　　到目前為止所提及的都是為使我們的環(huán)境更環(huán)保并且在我們每天使用的產(chǎn)品中應(yīng)用的努力。十億堆電子廢物和對功率使用的低效影響我們生態(tài)系統(tǒng)并對我們的生存環(huán)境形成巨大危脅，我們需要現(xiàn)在就處理這個問題，不可將其留到以后。政府和大公司采取更多措施來改善被污染的環(huán)境并引導(dǎo)大家在這個方向努力。Freescale 也不例外，通過在產(chǎn)品中使用更環(huán)保的材料和設(shè)計特點(diǎn)來改進(jìn)我們的環(huán)境。此外, Freescale還督促雇員設(shè)計和生產(chǎn)需要更少能量、更加高效,、環(huán)境更加友好的產(chǎn)品。這不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品中而且是全球性計劃譬如EPP - Environmentally Preferred Products program。EPP 是Freescale針對顧客和產(chǎn)品內(nèi)容的規(guī)定要求所作的努力，主要包括歐共體和中國RoHS 指令和填充料方針。

　　無須贅述，我們的人口還在增加，我們對新技術(shù)的渴求也比以往來的更加猛烈。 我們需要更有責(zé)任感，更積極主動地使我們的環(huán)境更清潔更友好。