行動多媒體服務陸續問世　傳送路徑功耗最佳化需求殷

為新一代行動服務所打造的基礎設施日趨成熟，隨著新技術一一掃除障礙，高頻寬多媒體服務也能在現行的數位手機網路上進行傳輸。諸如群播(Multicasting)和邊緣伺服器(Edge Server)內的快取緩衝內容等技術，都大大地降低了傳輸視訊所需的頻寬要求，使這些內容能在傳播語音的電纜上傳送。事實上，在這些新技術湧現之前，已有不少新興服務是利用現行有限的技術來滿足消費者對行動視訊的熱烈需求，如YouTube就是一例。  

多媒體視訊帶動　功耗議題加溫  

在網路上觀看視訊已變得愈來愈普及。根據MSN的資料顯示，近期Live Earth音樂會產生了九百萬條視訊串流，打破了之前線上觀看的紀錄。市場調查研究公司ABI Research估計，2006年的視訊服務訂戶為一百萬，而到2010年，這一數字將會達到兩億五千萬。隨著如iPhone之類的行動視訊設備愈來愈普及，無線網路上的視訊分享率也會愈來愈高。  

根據2006年的尼爾森媒體調查報告顯示，美國人每天平均花4小時39分鐘觀賞電視節目。假設有2.5億觀看者觀賞行動視訊，每年將耗用4.65(小時)×365.25(天)×2.5億(人)=4,250億小時在這項應用服務上。在網路的非行動部分，每個小時的功率若為42瓦，即為每年42×4,250億=17,850千兆瓦。一個典型核電廠的功率輸出為1千兆瓦，或約為每年240×365.25=8,766千兆瓦，因此可預期美國的行動視訊消耗了相當於兩座核電廠的發電量。任何能夠降低這一能量損耗的技術，無論對直接成本或環保方面，都具有重大的意義。  

追求低功耗　從多方著手  

在網路的有線通訊領域中，頻寬是最為重要的資源；而對位居傳送路徑(Delivery Chain)上的最終使用者而言，電源消耗則是最為重要的資源。整體來說，在傳送路徑末端的無線基地台(Radio Base Station)所須消耗的功率，會遠高於內容伺服器和分配網路所消耗的功率總和。此外，由於個人視訊設備是利用電池供電，因此播放時間會受到很大的限制，因此行動視訊裝置(Mobile Video Device)消耗的功率，對用戶的感官體驗好壞尤為重要。  

在視訊傳送路徑中，一個最佳化的多媒體設備可以利用所有可用機能來達到節能效果。其中包括可適性電壓定比(Adaptive Voltage Scaling, AVS)的PowerWise技術，這種技術可減少正在運作中半導體元件的電壓，以滿足計算頻寬時不斷變化的要求。PowerWise可適性電壓定比可同時用於頻率可調系統和固定操作頻率系統。此外，高性能的多媒體亦具備高頻寬介面，以連接一百萬畫素以上的相機晶片及液晶顯示器，這個高頻寬的串列介面必須經過低電磁干擾(EMI)的最佳化。揚聲器驅動器則採用橋式連接(Bridge Configuration)和設有電荷泵(Charge Pump)，以避免採用成本較高的直流阻隔電容；這種電容既會占用電路板面積，又會降低低音部分的音效性能。  

消費者對於行動多媒體的需求已毋庸多言，而達成此需求的技術均已被開發，對於設計人員而言，剩下的就是如何利用這些技術將成功的產品帶入市場。本文將討論如何節省行動多媒體設備內關鍵元件的功耗，另外也會對現今行動多媒體設備設計人員所面對的挑戰作概括的分析，以及就目前及新出現的矽晶片技術提出克服挑戰的解決方案。  

視訊分配路徑決定功耗大小  

圖1所示為完整的點對點(End-to-end)視訊分配路徑(Video Distribution Chain)，組成部分包括伺服器、路由器、無線基地台與行動多媒體設備。以下就一一介紹。

圖1　視訊分配鏈

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伺服器

伺服器一般是由刀鋒伺服器叢集(Cluster of Blade Server)所組成，每個刀鋒伺服器都包含一個或多個處理器和大容量記憶體。除了被快取記憶體暫存於下游節點(Downstream Node)的內容外，其他視訊內容都從此處進行存取。伺服器叢集具有一個交換用結構(Switch Fabric)，該結構將刀鋒伺服器和一定數量的輸入/輸出(I/O)模組連接在一起，而這些I/O模組可支援高頻寬的通訊標準如10GbE等。 在刀鋒伺服器之間，不同伺服器的功率變化很大。這是由於不同產品設計在計算頻寬、功率消耗和記憶體容量上均有所不同。其中最低功耗的產品設計通常採用快閃記憶體，但是一般都是採用硬碟。如IBM HS20就是一台典型的刀鋒伺服器，它在提供40Gbit/s總I/O頻寬時，功耗為180瓦。 可用於支援高品質視訊的頻寬約為1.5Mbit/s，但行動視訊設備必須將頻寬限制在無線網路可接受的範圍內。如蘋果(Apple)iPhone採用低複雜度的H.264基線模式和AAC-LC音效，僅需160kbit/s的頻寬，便可在一個480×640的顯示器上維持30Hz的訊框率(Frame Rate)。這一頻寬在AT&T的全球行動通訊系統(GSM)/增強型數據GSM演進(EDGE)網路範圍內，隨著網路在數月前通過Fine Edge計畫，據聞升級後的網路速度已可達到200kbit/s或更高。 在40Gbit/s的速率下，HS20刀鋒伺服器的I/O頻寬是單一iPhone視訊流需求的二十萬倍，因此每一視訊流分配所得的刀鋒伺服器的功率約為0.9毫瓦。以上計算尚不包括交換結構、I/O模組、頻寬浪費和設施空氣調整等所消耗的功率，但是這些功率消耗相對於支援一個行動視訊會期(Session)所需的總功率而言，並沒有太大的影響。簡單說來，在視訊分配鏈中，能量消耗設備所消耗的能量是以瓦計算，而非毫瓦。

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路由器

路由器屬於網路中的高頻寬有線部分。核心路由器將資訊從一個路由器傳送到另一個路由器，而邊緣路由器則在核心路由器間建立連接，並且介接到媒體消耗設備，例如是行動電話的無線基地台、有線電視數據機前端(Cable Modem Head End)和數位用戶迴路(DSL)多工器等。 在路由器層面上的情況也差不多。一個Session在到達網路指定的邊緣路由器之前，可能會經過幾個核心路由器。如瞻博網路(Juniper Network)的1440路由器具有4Gbit/s的總頻寬，這與IBM的HS20刀鋒伺服器相同，但路由器的頻寬必須計算兩次，這是因為Session須要從一個埠進入並從另一個埠離開。在這些條件下，包括交換結構和I/O模組的路由器總功率為2,400瓦。將總功率除以100,000後，每個路由器分配用支援單一行動視訊通話的功率為2.4毫安培。也因此，只有至少具有五個中繼站的Session，才會在一個路由器中超過10毫安培。

‧	無線基地台
	無線基地台是提供無線連接的固定端。同時它也是在視訊傳送路徑中消耗最多功率的部分，也是近期技術關鍵所在。 如諾基亞(Nokia)Flexi EDGE基地台採用典型的十二個收發器(TRX)配置，其功耗達到1,000瓦。在所有的GSM系統中，TRX單元都是採用時域(Time-domain)多工存取方式，每個訊框具有八個時槽(Timeslot)。一個全速率音效通道通常採用每訊框/時槽，但GSM/EDGE的加強型基地台可容許一個視訊使用多於一個時槽。典型系統可以採用四個時槽來下載視訊，這樣即可達到理論上的最大資料傳輸速率236.8kbit/s。前文提及的AT&T GSM/EDGE網路，傳輸速度達到200kbit/s以上，此數字已接近理論極限。這個程度占用了TRX單元的一半容量，因此，其所占用的基地台功率為1,000/12的50％，約等於42瓦，占據了大部分視訊傳送路徑固定部分的總功耗。

‧	行動多媒體設備
	行動多媒體設備則算是無線連接的行動端。在這些設備中，主要的功率消耗來自如行動電話、無線區域網路(WiFi)和藍牙(Bluetooth)等無線電收發器，以及顯示控制器、顯示器背光、音效子系統和硬碟驅動器等。

無線基地台節能效果顯著  

由於無線基地台消耗了視訊分配鏈非行動部分的大部分功率，這也說明從無線基地台著手節能應會獲得最大的效果。以下是可以採用的一些節能技術：

‧	減少天線饋電長度
	將發射器放置在最靠近天線的地方，天線饋電過程中的損耗就會降低。一個地面發射器的射頻功率損耗比一個安裝在塔頂的要高一倍。在現行的設計中，無線收發器都與天線整合在無線模組內。

‧	關閉閒置TRX單元
	由於TRX單元的設計數量是根據最高流量而定，因此在正常操作情況下，會有一些TRX單元被閒置。目前只有RBS的設計能為這些不使用的單元設立停機模式。

‧	閒置時槽的功率控制
	最普遍的GSM標準是一種時域複用存取系統，每個TRX單元具有八個時槽。如果有某個時槽沒有被使用，便可在這個時槽將發射器的功率降低。

‧	直接從IF進行數位化
	通過對首個IF接收到的訊號進行數位化，則可以刪除整個下級轉換變頻級和其所消耗的功率。但是，此要求需要一個可以在IF頻率下操作的類比/數位轉換器，並且須具備互補式金屬氧化層半導體(CMOS)或低電壓差分訊號(LVDS)輸出。

管理行動裝置功率　有助提升感官體驗滿意度  

由於行動裝置一般是由電池供電，但大電池會增加行動裝置的尺寸和重量、小電池每次充電後的使用時間卻都不長，無論那種情況都不利於消費者。此外，電池電源還存在著一些隱藏成本，像是充電和儲電的效率並不理想。所有的充電電池都會自放電，情況最為嚴重的要數鎳鎘(NiCd)電池和鎳氫(NiMH)電池，在充電完成後的第一個24小時內，這兩種電池即會損失自身電量的10%。但如果採用新的電池控制技術，不僅可以使電池輸出更多的能量，而且也可提高效率。  

在大部分無線設備中，發射器的功率放大器是主要耗電元件。提升功率效率的一種趨勢是將蜂巢式通訊基礎設施轉移到新技術上，其中包括無線模組。方法是將行動設備與無線電基地台收發器的距離拉近，從而降低發射器的功率。  

在基地台高密度覆蓋的城區或郊區，行動裝置通常會要求基地台提供一個功率水平，而這個水平遠在發射器所能提供的最高功率水平以下。如此一來，行動裝置便可以透過降低射頻(RF)功率放大器的電壓來最佳化發射器的功率。  

最佳化電池電源新策略誕生  

一般來說，設計人員在尋找節省功率的機會時，多半先從電源管理晶片自身開始。幸運的是，這項技術已經有了長足的進步。電源管理的新策略對這種新趨勢極為有利，以下就詳述之。  

在近期問世的PowerWise可適性電壓定比，可把晶片方塊如中央處理器(CPU)、數位訊號處理器(DSP)等的操作電壓最佳化，滿足性能要求的最小水平。晶片內的感測器可提供從負載到調整器的即時回饋，進而對溫度和製程變化進行補償。  

在升壓模式和降壓操作模式間提供緊密無縫式切換，也可實現更大範圍的輸入電壓。通過在較低電壓下運作，還可以更充分地利用到電池的功率輸出。  

透過多模式電壓調整，提供在脈衝寬度調變(PWM)和脈衝頻率調變(PFM)間的切換，同樣能夠最佳化待機模式下的功率消耗。  

廣義來說，節能技術的趨勢是使穩壓器適應負載動態的特性，而不僅是在一個恆定電壓下操作，因為這樣才可按負載活動的變化來以不同的電壓去驅動電源軌(Power Rail)。

可適性電壓定比提供彈性電壓調整  

圖2所示為使用在行動電話和其他可攜式裝置中的PowerWise介面(PWI)相容能量管理單元(EMU)。當中，兩個高效並具有可適性電壓定比功能的開關式直流對直流(DC-DC)降壓轉換器，為CPU和DSP核心提供了強電流電源軌，而五個低降壓(LDO)線性穩壓器則為記憶體和周邊等設備提供輔助功率輸出。

圖2　具有可適性電壓定比功能之多輸出調整器

可適性電壓定比技術是透過從一個或多個硬體性能監視器(HPM)的回饋加以實作。由於每個HPM都與負載一起整合在高功率的CPU晶片或DSP核心晶片上，因此它們是在相同的矽製程變化底下製造，而且也經歷相同的設備操作溫度變化。這樣就可以將電壓調整到靠近設備可承受限值的程度。  

先進的電源控制器(APC)利用來自各個HPM輸入，以確定是否須要對其電源電壓進行最佳化。APC通過雙線PowerWise介面向電源內的一個從屬控制器發出電壓調整指令。電壓經調整後，矽晶片的性能將持續受到各個HPM的監視，如果出現進一步最佳化的需要，則APC會發出一個新的電壓調整指令。電源必須在收到APC發出的指令後即時地調整其電壓，這樣可適性電壓定比控制系統的回饋迴路才能保持穩定。  

在最高頻率下的負載電源電壓規格，可保證系統能在最高操作溫度和最差的矽性能下正常運作。可是，實際操作溫度一般低於最大操作溫度，而實際矽晶片的處理能力也往往會優於最不利情況。因此，在實際操作條件下，就存在於最高頻率下把電壓降低的空間，可適性電壓定比技術即可以利用這一空間達到近乎完美的操作功率。  

LDO的輔助輸出同樣也可以通過PWI進行編程，儘管它們並沒有參與可適性電壓定比回饋迴路。輸出電壓可以獨立被編程，也可以獨立被開啟或關閉。兩個LDO已調整輸出有一個可選擇的資料保持電壓，在此模式下，休眠模式期間的功率可降到指定的最低電壓，僅足夠用於保存揮發性記憶體中的內容，與此同時，CPU晶片或DSP核心的電壓將降到零。由於避免了啟動過程和毋須再從只讀記憶體或快閃記憶體中重新載入丟失的資料，因此可讓核心快速從休眠模式下甦醒。  

升降壓/多模式電壓調整器加強電能效率  

升降壓轉換器可在一個寬闊的輸入電壓範圍內提供穩定的輸出。升降壓轉換器利用兩個N通道金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)和兩個P通道MOSFET，來實現當降壓轉換器模式V_INV_OUT時，與升壓轉換器模式V_IN＜V_OUT之間的無縫緊密切換。如此一來，與標準轉換器相比，升降壓轉換器可在更低電壓下操作，從而可以從電池中提取更多電能及加強效率。  

如圖3所示，通過在＞100毫安培中高強度電流的PWM和低強度電流的脈頻調變(FM)之間的切換，多模式轉換器可以為那些大部分時間處於待機模式的次級系統帶來更高的效率。通過減少切換週期的次數，還減少了在低負載情況下的切換損耗。

圖3　結合式升降壓/多模式調整器操作區域

新型態蜂巢式通訊系統　顛覆節能可行性  

毫無疑問的是，近年蜂巢式通訊基本設施的改變提高了節能的可行性。在這之前，蜂巢式網路仍完全由基地台收發訊台(BTS)組成，如圖4左所示。各個BTS的位置均經過計畫以確保高覆蓋率和盡量避免空位和死區。當一個行動裝置靠近BTS時，行動裝置會通過降低發射器能量來協定一個較低功率的模式，而同時保持一個可接受的訊號強度。  

在新落成的市區和郊區基地台中，無線電收發器可放置在離基地台較遠的地方，如數百公尺或數公里的距離(圖4右)。由於設有多個無線模組，因此增加了覆蓋率和減少了發訊器和接收機之間的距離。基於距離減少，行動裝置可更頻繁地協議降低發射器的功率，從而增加了行動裝置的運作時間。

圖4　無線模組提供更大的訊號強度

將以前由單一無線基地台覆蓋的蜂巢劃分成許多更小的蜂巢區(小蜂巢)，就可以重複使用分配給行動通訊服務業者的頻率。其他技術，諸如定向天線和將相位陣列技術用於波束導向的智慧型天線，也能夠支援空間分割多工通訊(Space-division Multiplexing)，對於分布在相同蜂巢或小蜂巢中的用戶，他們可使用相同的頻率。所有的這些技術都能在給定的分配頻率下，增加可用頻率以支援更多用戶，以及支援原本須要動用多個時槽的多媒體服務，這些服務就有如幾個語音連接。行動通訊服務業者十分注重應用這些技術，因為這些技術可增加話音傳輸的承載量，而且也可支援高增值的多媒體服務，無論是那個方面，都能帶來可觀的收益。  

降低PA電源電壓效益事半功倍  

在傳統設計中，行動電話的RF功率放大器(PA)是直接由電池驅動(圖5)。而如果PA在低於全功率的情況下運作，則可以通過降低PA電源電壓來獲得可觀的節能效果。因為PA的功耗一般等於行動電話總功耗的一半，因此，這種節能方法可大大降低功耗。不過，隨著功率水平和溫度上升，電源電壓也必須上升以維持PA的線性。

圖5　RF功率放大器電源

VCON訊號可由RF功率檢測器晶片驅動，這為對RF功率水平作出回應的PA電壓自動調整提供完整解決方案。而另一個方法，是由主微控制器的可編程模擬輸出驅動VCON輸入，由於該微控制器負責與無線基地台所協調的功率水平，因此它能得知功率水平。  

顯示器耗電大　多方著手降電壓  

顯示器是能量的主要消耗者，不僅僅是顯示器面板自身，還包括視訊介面、視訊控制器和背光。而一般在顯示中，有數個方式能夠降低電壓需求。

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行動畫素鏈路介面

行動畫素鏈路介面(MPL)屬於一個導線較少和電磁干擾較低的高頻寬視訊介面。MPL可提供低接腳數量、低EMI和高效率的點陣圖顯示，而MPL之所以達到這些功能，也需要幾項前提。 舉例來說，減少訊號線，就是一種方法。使用一個串列介面來替代並列視訊資料匯流排，一般可將二十八條訊號線減少到僅三到四條。這既簡化了一般在主電路板和平板顯示模組之間的扁平電纜或軟排線路互連布線，又減少了產生EMI的天線數量。MPL也可以降低開關電流，與TTL和LVCMOS水平相比，電流模式訊號降低了開關電流一個量級。在減少電壓擺幅上，MPL也有明顯成效，其訊號的電壓擺幅僅20毫伏特，而TTL和LVCMOS則為1.8伏特。 圖6所示為MPL介面的架構圖，用於連接平板顯示驅動器。圖中的MPL負責提供高頻寬的視訊介面，而串列式周邊介面(SPI)則用於存取顯示驅動器的暫存器。當視訊資料尚未傳遞時，MPL介面可以被關閉以進一步降低功耗。 圖6　行動圖素鏈路介面 MPL串列器可以為來自視訊控制器的並列視訊匯流排和MPL介面之間提供一個介面。視訊匯流排一般為二十四位元的RGB視訊，它會被抖動成十八位元以在MPL上傳送並擁有多至三個控制訊號，如HSYNC、VSYNC等。三個晶片內的256×8搜尋列表為每種顏色提供了獨立的顏色修正。至於SPI介面則用於為搜尋列表和控制暫存器編程。 平板顯示驅動器可以採用整合式MPL接收器。對於缺少MPL介面的顯示驅動器，可採用MPL解串器來重新產生出並列視訊匯流排。

‧	自動更新模式
	此模式可在不需要高品質視訊時關閉視訊介面和視訊控制器，如在聽音樂或接聽電話時。晶片內的訊框緩衝記憶體可支援較低解析度的圖像，以用於時間顯示、歌曲選擇、電話簿和即時資訊。 當沒有視訊輸入時，晶片內的局部顯示記憶體可自行更新顯示器，並允許MPL介面關閉。這種功能可在用戶不觀看視訊或流覽網頁時，系統仍可顯示文本、即時短訊或MP3音軌列表。該顯示記憶體可在MPL處於關閉時經由一個SPI介面來存取。這種自動更新功能可以每圖素三位元的速度去更新一個240×320圖素的低解析度圖像顯示或以每圖素一位元的速度來更新320×720的顯示區。

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RGB LED背光驅動器

在整個亮度範圍內均可以較低的功率來改善白平衡的效果。該功能可使系統根據環境溫度和光線條件來自動調整亮度和白平衡。 一個具備視訊質量的圖像顯示會要求一個高純度的白光源，而無論顯示器的供應商是那一個，又或在什麼樣的亮度級和溫度，這個光源都必須維持純白。傳統的白光LED解決方案僅提供一個由白光LED廠商提供的固定顏色補償。相反地，一個RGB LED光源通過將紅光、綠光和藍光LED的輸出結合而混合成白色光。基於這種合成原理，RGB LED光源可通過對各個主色驅動器的脈寬調變來調整顏色平衡。圖7所示為包含有一個升壓轉換器的RGB LED驅動器。 圖7　RGB LED背光驅動器 RGB背光驅動器配有一個用戶可編程的校準記憶體，用來存放各個LED顏色的溫度曲線，並以16℃為增量從-40～120℃。另外，在靠近LED處安裝了一個溫度感測器，這樣驅動器便可在寬闊的溫度範圍內自動維持白平衡，而晶片內十二位元類比/數位轉換器的第二個輸入可用於外部光電二極體，以監測環境的亮度級。此外，主微控制器可通過I2C/SPI介面去存取驅動器的控制暫存器以調整LED的光強度。 一個高效的升壓轉換器，可以接受2.9～5.5伏特的寬範圍輸入電壓範圍，並產生一個由5～20伏特並以每1伏特為增量的可編程輸出電壓。最後，一個可適性模式可藉由監測LED驅動器輸出和將升壓電壓降至最低來達到節能效果。

提升聽覺滿意度　音效子系統功率受重視  

音效子系統也可能是功率消耗的主角，尤其是對於主要用於聽音樂和通話的設備。音效子系統的功率可以通過以下技術得到最佳化：

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揚聲器驅動器配置

在所有的音效子系統中，最消耗功率的元件是揚聲器驅動器，這是因為揚聲器驅動器的操作模式實際上是機械作業。因此，在音效區塊中最有可能進行節能的便是這一部分。圖8所示為一般的驅動器配置，而橋路和電荷泵驅動器消除了笨重直流阻隔電容器的需要，並且改進了音效低音區的性能。 圖8　揚聲器驅動器配置 最簡單的方法是採用直流阻隔電容器進行單端式驅動。一個由單電源供電的簡單音效驅動器的輸出既有交流部分又有直流部分，因此須加插一個電容器以隔離直流部分。由於直流部分未能對產生聲音作出貢獻，那麼直流部分的能量就被浪費掉，但是這部分能量還是計算在音效功耗內。在橋接配置中，兩側的揚聲器均由相同的直流部分和反極性的交流部分驅動，因此消除了直流偏移。通過揚聲器的電壓即等於兩個輸出之差值。而在採用電荷泵的單端驅動中，一個內部接地以下電源可容許輸出在接近接地的中間。圖9所示為所有三種配置下的波形。 圖9　揚聲器驅動器波形 由一個以單電源供電的簡單驅動器所產生的輸出將位於直流偏移電壓的中間。如果這一偏移未被隔離，它將通過揚聲器線圈或耳機線圈，這些線圈的電阻一般在8～32Ω，從而會造成完全短路。可是，採用直流阻隔電容器既增加了成本和尺寸，又降低了低音區的品質。 通過產生兩個相位相差180度的輸出訊號，橋接配置可用矽晶片來取代電容器。儘管這兩個訊號都擁有相對於接地的直流偏移，但是揚聲器沒有連接到接地，因此，不會產生多餘的電流。這一技術的缺點在於它無法與標準的三接點導體立體聲耳機介面相容，因為當中的接地被兩個揚聲器分享。 電荷泵方法將一個電容器放回到電路中，但是由於操作頻率高，該電容將小於直流阻隔電容。電荷泵容許驅動低於接地的輸出，因此輸出訊號是完全的交流訊號。這種配置的優點在於可以與標準的耳機相容，這是由於兩個揚聲器都相對於同一個接地被驅動。

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Intellisense輸出設備識別

此技術的關鍵在於能否自動識別單聲道和立體聲耳機，並且在單聲道模式下自動關閉外部音效通道。 一般來說，一個多功能可攜式裝置可支援多種耳機，如用於聽音樂的立體聲耳機或為接聽電話而設的麥克風單聲道耳機。Intellisense技術允許其中任意一種耳機插入到同一插孔中，並自動配置設備的驅動器。如此一來，在設備採用單聲道時或者有一個輸出短路到接地時，系統便會自動識別出來，避免有多餘的功率消耗在驅動立體聲訊號上。 當一個採用Intellisense技術的耳機放大器檢測到有一個耳機連接時，它將對左側和右側輸出施加一個較小的電壓，並且感應通過負載所產生的電流。假如連接到放大器的負載大於9Ω，放大器將採取全功率模式驅動負載。如果負載小於3Ω，放大器則採取短路到接地，並關閉其驅動器。當右聲道被短路時，Intellisense便會將放大器設於單聲道模式。為了提供額外的保護，當左聲道都短路時，兩個放大器都會同時關閉。Intellisense的開關功能可以通過其I2C介面來啟動或關閉。

整合式行動設備架構  

圖10所示由天線到顯示器之間的所有晶片之典型功能。連接無線網路的介面一般由一個無線電收發器晶片和一個數位基頻晶片組成，但也可包括一個獨立的RF功率放大器。基本上，這通常是由技術提供商提出的即用設計。其中，基頻晶片可能包含一個標準的精簡指令集(RISC)處理器以控制介面，但它也會有一個高階介面以連接系統單晶片(SoC)，而該晶片上的系統其實就是行動設備的主控制器。

圖10　網路和多媒體晶片功能分塊圖

目前，通訊網路並未定義多媒體資料的編碼。無論是2.75G、3G或4G網路，資料均僅是位元流。雖然諸如MPEG-4和WMV9之類的標準已描述了如何對音效和視訊位元流進行編碼，但儘管此類編解碼可通過軟體來實現，但仍要求一定的計算頻寬，從而需要一個高效能和耗電大的CPU。因此，最好還是在硬體中執行編解碼或者作為高效嵌入式處理器的硬體輔助，這樣視訊功率消耗就可以得到大幅降低。一般視訊編解碼器都是SoC內CPU匯流排上的一個周邊。  

CPU將來自編解碼器的資料載入到平板顯示控制器中，該控制器將資料儲存在訊框緩衝器中，並可即時供SoC周邊使用。顯示控制器也會讀取訊框緩衝器的資料到視訊匯流排，而該匯流排可直接與平板顯示驅動器連接或通過如行動畫素鏈路MPL之類的串列圖素介面來連接。MPL是一個標準化的介面，它可使用在平板顯示控制器、數位相機晶片和其他需要低開銷和高頻寬介面的設備。如前文所述，MPL可將二十八條訊號線降低到僅三到四條，這一點非常重要，因為該介面一般置於連接主板和顯示模組的扁平電纜上，而減少導線數量便可縮窄纜線的寬度和降低電磁放射。  

顯示控制器可以是一個快速的微控制器、一個積體電路或是標準和專利技術電路的混合體。SoC和顯示控制器之間的高階介面採用RGB畫素格式，而顯示控制器將畫素載入到訊框緩衝器中，並可能通過補償演算法就環境光線和顯示的非線性度等作出補償。  

有些如行動電話、WiFi和藍牙介面等子系統可能包含有嵌入式微處理器(MPU)，本來由此處理器處理的工作量現在有機會卸載到SoC上。可是，在這方面的設計有一個重大的阻礙。就是供應商是否願意支援一個較低階的介面，原因是當客戶的設計與供應商的參考設計有些微出入時，供應商便有可能須要公開這些原本受專利保護的演算法，又或須要向客戶交待有關設備操作上含糊不清和其他問題。不過，隨著市場的競爭愈來愈激烈，高度最佳化的設計必定會出現，因為業界會對這些控制器的整合反映出強烈的要求，務求使他們的產品節省更多的功率，達到最高的能源效益。  

行動裝置進入全新境界　多媒體服務成低功耗推手  

行動裝置正進入一個全新的境界，聲音和文字訊息都不再是通訊的唯一形式。多媒體服務和支援這些服務的基礎設施已開始湧現。可以預期未來在頻寬上會出現重大的突破，其進展就如同CPU的速度和記憶體的容量般快速成長。  

儘管類似於開關式穩壓器和RF功率音效放大器之類的產品在近幾十年中已經出現，但是技術進展從沒有停駐。隨著矽晶片的成本持續下降，原本非常昂貴的功率最佳化技術也已變得相對便宜。由於直接影響到電池的續航力和用戶的體驗，節能的價值也愈來愈高。毫無疑問，正當用戶的體驗愈來愈受到重視的同時，帶給用戶優質感受的高附加價值功能就將成為推動現行及新一代矽晶片技術的動力。  

(本文作者任職於美國國家半導體)