如何促使產(chǎn)品更環(huán)保

　　如今, 人們之間通過(guò)電子產(chǎn)品緊密相聯(lián)，而每個(gè)電子產(chǎn)品所具有的功能也越來(lái)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(wú)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(lái)說(shuō)，你愿意攜帶一部只能對(duì)話而沒有音樂、視頻、游戲、郵件、拍照、及存儲(chǔ)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(gè)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(lái)了大量的能耗、能源浪費(fèi)，以及幾十億無(wú)法回收的廢棄電池。如果處理不當(dāng)，就會(huì)對(duì)我們的環(huán)境帶來(lái)很大傷害。為了解決這個(gè)問題，我們需要做到不浪費(fèi)能量或能源，每個(gè)電子產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)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(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)、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(jì)

　　從設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在芯片級(jí)還是板級(jí)，電能的利用可以通過(guò)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(wú)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，見表1。

　　技術(shù)

　　在這方面，技術(shù)扮演著重要的角色， 涉及每個(gè)設(shè)備或器件針對(duì)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(gè)器件(晶體管，邏輯門等)如何以最小的功率工作。對(duì)于晶體管，我們將考慮設(shè)備增益。如果以MOSFET為例，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(huì)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(shí)，F(xiàn)ET的Rdson會(huì)指示導(dǎo)電損失如何。流經(jīng)此電阻的電流將會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)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(wú)論是有源還是無(wú)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(duì)線路或系統(tǒng)的損失。法拉第告訴我們?cè)诶硐霠顩r下這些設(shè)備不會(huì)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(wú)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(shí)，續(xù)流二極管要求一個(gè)正向偏壓通過(guò)以使電流流動(dòng)。這個(gè)經(jīng)過(guò)二極管的壓降將構(gòu)成損失，這是由于它并不對(duì)功率輸出產(chǎn)生任何貢獻(xiàn)，而只是使輸出電流流動(dòng)。類似地，LED需要正向偏壓來(lái)使其開啟，對(duì)于某些彩色LED，這個(gè)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(lái)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(lái)越小。

　　在污染環(huán)境方面，可能沒有哪個(gè)器件比我們用在便攜設(shè)備(數(shù)碼相機(jī)或移動(dòng)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(jì)的電池。一個(gè)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(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。實(shí)質(zhì)上，這將對(duì)我們的環(huán)境產(chǎn)生直接的危害，而前面所說(shuō)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埽约澳茉词褂眯实牡拖?，助長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的電池。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(zhǎng)，而且更安全、單位儲(chǔ)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(wú)需充電，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(射頻身份認(rèn)證)的燃料電池，努力使其盡快投放市場(chǎng)。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(huì)也在美國(guó)成立并致力于燃料電池的發(fā)展和普及。

　　最后，我以顯示器來(lái)結(jié)束這個(gè)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(duì)人類最直接的界面就是顯示器。你需要顯示器來(lái)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(lái)越大，顏色分辨率越來(lái)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(gè)矛盾，應(yīng)運(yùn)而生的Bi-stable顯示器技術(shù)無(wú)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(wú)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(shí)才消耗電能。而且，其具有反射手段無(wú)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(duì)比，如STN， LED， 或LCD都需要連續(xù)的電能來(lái)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(wú)須頻繁改變顯示內(nèi)容的應(yīng)用，如eBook,或機(jī)場(chǎng)及火車站電子時(shí)間表。該技術(shù)也廣泛被稱為ePaper顯示(EPD)，或eInk無(wú)電顯示。

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　　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(lái)已久。但是，直到最近，政府和各國(guó)才強(qiáng)制使用無(wú)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(gè)指令，要求從電子電氣產(chǎn)品中消除鉛、鎘、汞、六價(jià)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。人們通常將RoHS稱為無(wú)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(jià)鉻];

　　5. Polybrominated Biphenyls(PBB)[聚溴聯(lián)苯];

　　6. Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE) [聚溴二苯醚]。

　　(注：PBB 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(guò)pdf和網(wǎng)絡(luò)手段來(lái)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(lái)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(duì)于如何促使電子產(chǎn)品更環(huán)保，我們可以看看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(guò)安全范圍就會(huì)向司機(jī)報(bào)警。Motorola或FSL是最早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的公司，始于1985年。多年以來(lái)，美國(guó)政府立法要求小型汽車必須安裝TPMS。我們也看到其他國(guó)家也在開始采取這項(xiàng)措施，中國(guó)正積極推動(dòng)在大型車安裝這個(gè)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，我們除了有壓力器，還有加速度器用于在汽車運(yùn)行檢測(cè)，所以無(wú)須運(yùn)行IC，因此只需要很小的能量。我們的TPMS壽命很長(zhǎng)(一般8~10年)，大大超過(guò)了輪胎的壽命。這就是我們?cè)诜庋b、設(shè)計(jì)、系統(tǒng)(軟件和硬件)及器件層面所實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，我們?cè)谂ふ彝緩阶钚』褂玫厍蛸Y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(shí)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(duì)功率使用的低效影響我們生態(tài)系統(tǒng)并對(duì)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(gè)問題，不可將其留到以后。政府和大公司采取更多措施來(lái)改善被污染的環(huán)境并引導(dǎo)大家在這個(gè)方向努力。Freescale 也不例外，通過(guò)在產(chǎn)品中使用更環(huán)保的材料和設(shè)計(jì)特點(diǎn)來(lái)改進(jìn)我們的環(huán)境。此外, Freescale還督促雇員設(shè)計(jì)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(jì)劃譬如EPP - Environmentally Preferred Products program。EPP 是Freescale針對(duì)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(guó)RoHS 指令和填充料方針。

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