移動設備中的功率管理之節能（一）

　　問題和挑戰

　　高性能的產品往往功耗也很高。設計人員的目標就是在某個特定設計中找到性能和功耗之間的完美平衡。當高速度成為產品的必需特征時，就需要實現性能的優化，并解決一切其它問題以實現低功耗。在系統級、芯片級甚至是晶體管級設計中，有很多設計和制程方法可以實現經濟型性能，達到較長的電池壽命。

　　縮小技術差距

　　圖1總結了當前移動設備行業面臨的主要挑戰。1G、2G、3G和4G四代技術的階梯函數反映了蜂窩式傳輸技術在速度上的改進。這種情況也應驗了Shannon定律：即8個半月之內傳輸速率會提高一倍。根據摩爾定律，半導體廠家需要18個月來將晶體管的數量翻倍，從而將微處理器性能提高一倍；電池廠商需要5－10年的時間來在電池密度上實現較大的增加；而存儲器存取速度則需要每隔12年才能夠增高一倍。

　　圖1：主要技術差距

　　這些差距體現了移動設備行業面臨的挑戰，包括：

　　微處理器和存儲帶寬的差距

　　功耗降低的差距

　　算法復雜性的差距

　　這些差距是移動設備實現成功商業化所要面臨的主要障礙。為了提供未來網絡所需要的先進功能和服務，正如關于算法復雜性的Shannon定律所預測的一樣，系統性能改進的速度必須高于摩爾定律中規定的速度，而不會擴大功耗。

　　在移動設備領域，人們以前一般是通過提高每個指令的效率或者同時執行多個指令來解決這一問題。但Shannon定律和摩爾定律之間差距的日益擴大，意味著光靠增加晶體管和提高頻率已經無法將之縮小了。

　　保持常啟，永不斷電：移動時代的矛盾理論

　　掌上便攜式設備讓人們可以隨時隨地使用，卻也讓人們受到了電源線、插頭和插口的限制。帶多模式廣播、彩色顯示屏、3D音效、視頻和游戲功能的高端設備要求電池在不充電的情況下擁有更多能量。人們的感覺從一直能夠接觸到電源的踏實感，變成電源遠離帶來的無助感。

　　便攜式設備的用戶儼然已經成為了“插口獵人”。他們總是在機場、酒店、會議室和家里四處尋找電源插口，給便攜式設備充電。

　　給電池充電成為了人們新的例行公事。電源板上插滿了便攜式電子設備，就像在食槽里吃東西的動物。在你睡覺之前，必須把手持設備和手機插到插座上充電。而數碼相機和iPod播放器也在墻壁插座上爭奪地盤。人們的通勤時間變成了關鍵的充電時間。

　　你總能夠看到穿著講究的專業人士守在需要充電的設備旁邊。旅行者的包里總是裝著大把的充電器。在消費電子領域，充電已經成為了最少被提及卻絕對最重要的話題。

　　電池的容量每年都在擴大，電路的發展也讓設備的功效不斷提高。但電池仍然不能滿足人們對于使用時間的不斷增加的期望。

　　達到電池壽命和性能、成本之間的平衡

　　移動電子消費者已經習慣了音頻產品的大小、重量、成本和電池壽命。新的產品無論具備什么功能，都會被人們以這些已有的因素來衡量。新型的以數據為核心的產品，如果與現有的音頻產品相比有任何退步，都會影響它的推廣。一個能夠提供高速數據率的移動產品，需要更強大的計算功能和更大的RF功耗，從而必定導致更短的電池使用壽命。

　　在這一方面，每種技術都有會影響電池使用壽命的特殊的能量要求。電池技術的進步將改進所有的無線電接入技術，因此，現有的各種技術在使用電池能量的方式上的差異，很可能將持續一段時間。

　　圖2展示了不同傳輸技術的峰值功耗對比。其中的數值考慮了數字處理和RF兩個因素。

　　圖2：各種蜂窩通信技術的移動功耗對比。

　　圖3：一部手機的功耗

　　圖3展示了一部手機采用不同蜂窩技術的功耗對比。手機在以下情況下會耗電：

　　1：開機－開啟鍵盤和液晶背光－尋找網絡？出現歡迎詞

　　2：關閉鍵盤背光－顯示屏變暗

　　3：顯示屏開啟，但鍵盤背光關閉

　　4：顯示屏變空白

　　5：開啟外部顯示屏背光