LTE手機或平板電腦可提供使用者超快的下載速度，但卻也容易使電池電力更快消耗，因此市場需要一個全新的智慧電源管理技術，以延長LTE手機或平板電腦的使用時間，進而提升消費者使用體驗。
儘管長程演進計畫(LTE)通訊標準為全球使用者帶來快速的下載效率，卻也同時讓LTE手機的電池壽命大幅縮減，設備商亟須使用真正智慧的電源管理晶片(PMIC)，以控制耗電，才能滿足顧客的需求及期望。
LTE裝置電力消耗四大因素
根據研究機構JD Power & Associates針對品牌智慧型手機潛在購買者的一分調查指出，若使用者對電池壽命的滿意程度從完美的10分降至7～9分，則願意購買的人數比例會從25%降至13%，顯見電池壽命對使用者而言相當重要。
在LTE手機或平板電腦中，有四個主要因素導致電力消耗愈來愈快速。首先是行動網路；與螢幕不同的是，當使用者不使用行動網路時，並無法關閉電源。手機須時常掃描無線電波，並決定和哪個基地台連接會有最好的效果。每一次的掃描都會消耗電力，手機能使用的網路越多，則須執行的掃描就越多。就現況來說。一般電信業者運作的網路包括全球行動通訊系統(GSM)、GSM增強數據率演進(EDGE)、分碼多重存取(CDMA)、高速封包存取(HSPA)、增強版高速封包存取(HSPA+)及最新的LTE網路。
因為LTE是相當新的標準，所以它的網路頻段分布比較沒這麼密集。相較於3G及2G基地台，LTE的基地台較為分散，所以LTE裝置須使用更強的傳輸功率來連接在遠處的LTE基地台。如此受限的網路也導致覆蓋範圍內會出現許多空隙，這意味手機會很頻繁地進出LTE涵蓋範圍，因此就須不斷進行掃描，使得電池電力快速被消耗。好消息是，隨著電信業者持續投資於網路基礎設施，此一問題將逐漸獲得改善。
第二個因素則是網路使用量的增加。吃到飽的高速數據傳輸行動電話資費，已改變了行動裝置被使用的方式。儘管行動電話語音通話量呈現穩定成長，然而人們對電話的使用卻越來越頻繁，主要在於使用者花更多的時間利用智慧型手機瀏覽網際網路、查看社群網站、玩遊戲，以及聽串流或儲存的音樂，使用者在這些方面所花的時間比打電話來得多，導致電力消耗更加快速。
第三個因素在於行動寬頻技術的數據傳輸速度愈來愈快。在傳輸較大量的數據時，LTE的效率是比較高的，但耗電也同時較3G為高(LTE是每小時38.2%；3G是每小時33.1%)。這被歸因於控制體驗品質的措施，也就是LTE會使用不同的位元速率串流音訊和視訊，以配合聯網速度並消除緩衝。雖然測試人員並未證實此理論，但是Netflix的桌上型應用程式在更高聯網速度下的確會串流更多的資料，而這在整個產業中是很常見的。然而，若利用較慢的聯網速度傳輸影片，則使用者須等待相當長的時間，且長時間下來，對於省電並無太大的幫助。
最後一個因素則是網路封包較過去更加複雜。在改善數據傳輸速度的過程中，射頻(RF)工程師須增加波形的複雜度，才能將更多的位元編碼至電波中。LTE使用64-state正交幅度調變(QAM)及正交分頻多工(OFDM)技術。然而，速度越快及頻譜效率越高的網路，就須更強大的運算能力，如此才能解碼訊號，而處理器工作的增加會導致耗電大幅增加。
精準控制處理器功耗 智慧型PMIC省電有一套
隨著網路基礎設施逐漸完善，LTE數據機本身功率消耗也將會隨之降低。但是，LTE將持續在處理器上增加負載，所以電源管理的部署焦點應該放在這裡。現今行動平台上的處理器核心與周邊元件數量已經越來越多，讓電源管理的功能需求日益複雜。
電源管理須處理更複雜的充電情況，因為現今的使用者至少有可能會從個人電腦的通用序列匯流排(USB)端口或車用充電器對裝置進行充電，就如同使用傳統的主電源充電器一般。
為供應子系統的需求，多核心處理器的電源管理IC須使用足夠的降壓/升壓轉換器以及低壓差穩壓器，並也要負擔功率上升與功率下降的排序，以及能提供剩餘電池壽命預測的高準確度電量計量表等功能。對於極度依賴時序的多核心應用處理器而言，功率上升與功率下降的控制也是特別重要，智慧電源管理還須處理日益增加的感應器支援功能。
用於雙核心處理器的電源管理IC，傾向於將兩顆核心視為單一電源電路來供電。然而，對於四核心處理器而言，將每一個處理器獨立出來至自己本身的電源電路，由個別的穩壓器來供電，將帶給系統設計人員更大的設計彈性，藉以控制供應到每一個核心的電源。因此核心可以個別降低功率，以及每一個穩壓器可以調整電流大小來供應較低的最糟情況電流需求。
多核心應用處理器所使用的奈米(nm)技術製程，對於電源管理方式有著深遠的影響。因為電源管理IC須直接連接至電池電壓上(一顆鋰離子電池芯的電壓最高可達4.5V)，因此它不可能使用40奈米、32奈米以及28奈米製程，這些是現今安謀國際(ARM)Cortex-A9四核心應用處理器普遍採用的製程，所以電源管理IC的功能性須從應用處理器分離出來，而現今的4G具體實現了這樣的趨勢。一般而言，應用處理器與基頻處理器一起工作，而它們個別都須有先進的電源管理IC。現今最先進的電源管理IC也整合了Cortex-M0核心，以便能提供更多的智慧性，以及更精確地控制多核心晶片。
相較於類似的離散式解決方案，單晶片的外部電源管理IC經證明其有著較低的降壓靜態電流及低壓差電壓降，如此不僅改善了效率，也降低了內部的功率損耗。對系統的熱管理而言，電池充電時的功率損耗是一項更大的負擔，有著交換式充電器以及智慧追蹤電池充電狀況功能的電源管理IC，在1.3A/5V的使用狀況下，可以減少內部的功率損耗超過80%以上，因此可以顯著降低累積在外殼內的熱量。
新一代的外部式電源管理IC(圖1)將電源管理功能整合至晶片上，如此一來，可藉由接管開/關控制、功率上升與功率下降的排序等傳統上由軟體所處理的系統監管任務，而把應用處理器的負載予以卸除。這有助於提升能源效率的電源管理最佳化，此外也能讓功率的上升與下降不會受到來自應用處理器的干預。
綜上所述，LTE正在改變使用者操作智慧型手機與平板電腦的方式，它不僅加快了上傳下載的速率，也縮減手機的電池壽命。為因應此一挑戰，智慧型電源管理IC的市場需求正快速攀升。根據市場研究顯示，在電池壽命的滿意程度上稍稍的改變一下，就可在品牌忠誠度上造成顯著的改變，透過智慧型電源管理IC控制功耗是最佳方式，即更佳地控制主處理器的效能。LTE手機設備需要高效能的多核心應用處理器，此處理器使用奈米製程，這將迫使重要的電源管理功能須離開單晶片，成為一顆獨立的晶片。一款針對LTE手機及平板電腦等裝置的獨立電源管理IC，將是LTE裝置在追求改善功率效能的過程中所不可或缺的關鍵元件。
(本文作者任職於Dialog)