DC/DC轉換器效能提高，使降低移動處理器效能有望

來源：互聯網  作者：秩名2013年03月04日 09:16

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[導讀] 在開發處理器時，為延長寶貴的電池壽命而耗費許多人力完成的設計，可能會因為驅動處理器的是一個不合標準的直流對直流電源轉換器而白白浪費，這個直流對直流電源轉換器的暫態效能，及精確性可能都有不足之處。透過本文的描述，將可看到一個內建暫態效能很好的直流對直流電源轉換器，如何為電源管理IC（PMIC）達到更好的省電效果。

關鍵詞：移動處理器DC/DC轉換器

　　行動裝置處理器功耗過高問題，可望藉由提升直流對直流（DC-DC）電源轉換器效能獲得改善。具有更低暫態響應的DC-DC電源轉換晶片，由于輸出電壓不易產生波動，有助行動裝置處理器能在穩定的低電壓下運作，進而達到省電的目的。

　　因此，為保證處理器所能達到的效能，直流對直流電源轉換器通常需要在較高的電壓狀況下運作，而不是如理想狀況那般，盡可能以最低的電壓狀況下運作。

　　有鑒于此，在開發處理器時，為延長寶貴的電池壽命而耗費許多人力完成的設計，可能會因為驅動處理器的是一個不合標準的直流對直流電源轉換器而白白浪費，這個直流對直流電源轉換器的暫態效能，及精確性可能都有不足之處。

　　透過本文的描述，將可看到一個內建暫態效能很好的直流對直流電源轉換器，如何為電源管理IC（PMIC）達到更好的省電效果。

　　確保處理器正常運作　電壓輸出功率須穩定

　　處理器制造商耗費許多時間于處理器的功率電路上，只為了要確保在效能最大化之余，功耗也能降至最低。在某些狀況下，處理器會調整效能以匹配最低可能功率，或甚至是采用動態機制，根據處理器能力調整核心的電壓。

　　處理器需有最低電壓才能維持正確的效能。然而，在正常的運作狀況下，直流對直流電源轉換器的輸出電壓會受到許多因素的影響而有所變動，例如元件的變異性、直流對直流電源轉換器的運作模式，與暫態負載等因素。

　　這表示直流對直流電源轉換器的輸出電壓通常需要標示正/負公差水準，才能確保處理器正確運作，而直流對直流電源轉換器的輸出電壓水準則必須盡可能在最低值加上公差的范圍內運作。

　　因此，若處理器只有在特定電壓之下才能保證維持特定的效能，那么直流對直流電源轉換器就必須在一個較高的電壓下運作，如此才可以應付電壓下降、精確性不足，及通常會被忘記或是忽略掉的暫態反應等影響因素。

　　因此，若能將直流對直流電源轉換器在暫態負載下的輸出效能調整到最佳化，那么由其供電的處理器，就可在最低功耗下發揮最大的效能。藉由檢視技術較先進的PMIC產品內建的直流對直流電源轉換器的暫態效能，可發現這些優化的效能就能為數種不同運作模式節省許多的電池壽命。

　　如圖1所示，一個整合型電源管理次系統，可提供一個具有成本效益及彈性的單晶片電源管理解決方案。它是特別針對一系列低功率可攜式消費性產品的需求而設計，但同樣也適用于任何具有多媒體處理器的應用。已有廠商推出可支援安謀國際（ARM）處理器運作的PMIC，但同時也能支援大部分的應用，以及各種低功耗多媒體應用的核心行動處理器。

　　圖1 高整合度PMIC系統電路圖

　　整合型PMIC助力　實現低功耗處理器

　　直流對直流電源轉換器BuckWise技術，可以提供2.5安培（A）的輸出電流，它具備可程式化InstantConfig EEPROM引導程序配置、安全的即時時脈（RTC）、輔助性類比數位轉換器（ADC）、低功率32kHzRTC晶體振蕩器、I2C及DVS介面等各種優勢的特性，除了能夠完全地量身訂制之外，尚可以產生高效率、可擴充式的解決方案。

　　另一方面，直流對直流電源轉換器的效率，會因為運作條件不同而改變。 因此，為進行有效的比較，首先假設三種測試類別的系統電源效率為80%。實際的系統效率也會在稍后分析中有所考量，以顯示改變直流對直流電源轉換器模式的效益，將如何影響系統的電池壽命。

　　如圖2所示，在特定條件下，暫態響應為±6毫伏特。因此就理論而言，應用至處理器上的電壓水準，將只會比所需要的電壓高出6毫伏特而已。而且，在相似的條件下，其他的PMIC可能有機會超過±30毫伏特。

　　圖2 高整合度PMIC在特定條件下的直流對直流電源轉換器1及2的暫態響應

　　由于處理器的功耗與電壓的平方成正比，因此可以很輕易預估出所增加的功耗。這也就表示，當使用暫態效能較佳的直流對直流電源轉換器時，電池的使用壽命將會顯著增加。

　　設計人員若選擇使用具有多重運作模式的PMIC，可以針對不同系統進行最佳化。表1顯示在以上相同條件下，直流對直流電源轉換器在不同運作模式下的暫態效能量測值。

　　本文顯示出直流對直流電源轉換器暫態效能與傳統PMIC解決方案，在節省功率及增加電池的壽命方面，是如何的不同。一顆PMIC中內建數顆直流對直流電源轉換器，若單看一顆直流對直流電源轉換器，目前市場中已有先進的技術能做到比一個傳統30毫伏特暫態效能的PMIC延長7.5%的電池壽命。

　　此外，這種電源節省并不須重新設計線路或增加任何元件，只須將直流對直流電源轉換器輸出電壓降至最低值就可以做到了。

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