节能优先 低功耗成为半导体厂商竞技新主流

在全球陷入能源危机，油电双涨的经济压力下，绿色节能已经是当前生活上最重要的议题。跟”电”最有关系的电子产业也掀起绿色产品研发思潮，其中半导体产业更是扮演火车头角色，将低功耗设计列为主要开发策略。除了自发性往绿色科技发展外，当前最让外销欧美的厂商紧张的是欧盟一系列绿色环保法规的制定，如WEEE， RoHS，EuP与REACH等其目的皆在于严格规定电子产品需符合环保无污染的材料使用以及低耗电，而美国的能源之星(Energy Star)法规也陆续有新的规格制定施行。欧美两大市场的环保法规因为都有订定施行时间，时间的迫切性让半导体组件产业以更积极的作为，力求加速低功耗技术的发展，以便让系统设计厂商能及时推出低功耗产品。本文将从IC设计的上游-EDA工具到电源转换器，模拟，音讯，微控制器等5块领域的主要厂商对节能技术的进展做一番介绍，至于由Intel与AMD主导的PC级处理器朝低耗能发展已广为人知则不在本文讨论之列。

因应低功率设计挑战Synopsys有对策

在深次微米的芯片设计过程中，先进的低功耗设计技术如MTCMOS 电源闸控，多重电压，DVFS(动态电压频率调整)等可显著降低功率耗损，但相对低也让设计工程师面对比以往更耗时且高风险的验证与实作。

身为EDA(电子设计自动化)工具领导厂商，新思科技在低功耗设计的对策上负有引领产业的使命，早在2004年即投入低功耗合成技术，到2008年累积的低功耗技术达19项之多。2007年新思与ARM共同提出电源管理优化参考方法，今年1月更与Magma与Mentor Graphics3家友商共同推出支持UPF(Unified Power Format)1.0版低功耗标准的EDA工具。UPF是Accelera这家公司拟定的共通功率语言的业界标准，已提列为IEEE-P1801标准，目前半导体大厂支持UPF语言的阵容显然多过由另一EDA大厂Cadence支持的CPF(Common Power Format)，这跟新思与ARM共同力推有很大的关系。UPF阵营成形的最大意义应该在于向来封闭的EDA产业因为低功耗设计的共识，朝向开放之路前进。

日前该公司推出全新低功耗解决方案-Synopsys Eclypse Low Power Solution，可针对系统级有低功耗需求的芯片设计开发，提供验证(verification)，实作(implementation)与签核(sign-off)，IP，设计方法及设计服务等支持，可说是当前业界最完整的低功耗解决方案。

标竿厂商的多重市场节能策略

National Semiconductor

PowerWise这个logo已经成为美国国家半导体对于节能策略的主轴， 日前该公司为了进一步巩固在电源管理及高能源效率产品市场上的领导地位，宣布正式启动一个PowerWise效能指标厘定计划，藉此协助客户进一步提高系统的能源效率，以便减少系统的耗电与热能产生，缩小产品体积，以及延长电池寿命。

从系统的层面来说，美国国家半导体有两大类产品可以解决客户的能源效率问题，其一是PowerWise 系列芯片，另一类是独特的系统解决方案。后一类的系统解决方案采用已注册专利的技术，并以芯片或授权的形式提供客户使用。美国国家半导体的PowerWise系列产品目前共有大约300多款芯片，其中包括高能源效率的电源管理芯片、运算放大器、接口产品以及数据转换器。

这套PowerWise效能指针是让系统设计工程师可以轻易比较与选择不同模拟组件及子系统的能源效率。美国国家半导体对电子产品的功耗及效能都有严格的规定，并率先就此制定新的标准。例如，该公司根据不同产品的特性采用不同的简易算式，并结合多种普遍采用的测量方法，然后透过测量及运算，确定24个产品系列的效率规格。National期望透过PowerWise效能指标计划，彰显该公司对所有PowerWise产品高效率低耗电效能的自信，成为绿能半导体产业中的旗舰企业。

NXP

欧系半导体大厂恩智浦半导体对于推动绿色产品付诸许多心力，该公司提到:当我们提到防止能源浪费及市场上的绿色趋势时，有3个值得注意的地方:生产制造，使用中(或操作效能)与产品生命结束(使用后)。为了支持产品生产制造及使用后处理的阶段，恩智浦领先于市场导入最新的设备与原物料改变，例如RoHS，Pb-free及green plastics，以确保所有客户及恩智浦本身都能达到各国相关的法规要求。

恩智浦对于节能下了如表1的定义:

更低的开关损耗(离散组件)

在一个可满足需求且效能提升的范围内，降低电源消耗(更低的Vcc或Icc

增加电源管理功能的效率

管理大型系统的能源格或管理电池的寿命，如关闭未在使用中的高耗能设备

使用绿色电源:如油电混合车;太阳能/风力发电/水力发电

使绿色替代产品能取代现有产品应用:如LED灯和光灯

用E-MAIL取代邮件，以及可取代商旅的视频会议

减少现实生活中的总体消耗物料(包装，硅， 金属，塑料)

产品微型化，以减少产品尺寸大小及重量

为了在芯片应用达到节能的目标，恩智浦除了在制造过程有永续性计划外，对于使用过程，亦专注于低功耗SoC与系统解决方案的创新，在使用后阶段，则有深绿计划，提供无铅封装，达到无卤及无锑等有害物质的目标。

在今年COMPUTEX中，恩智浦便展出一系列节能多重市场半导体系列，在电源与照明方面包括90W笔电转换器(TEA1751+TEA1761)，桌面计算机电源专用的85+解决方案(TEA1771+TEA1781+TEA1782)，32英寸LCD TV电源与变频器(高电压输入)整体解决方案(TEA1532+UBA2071)，>250W LCD TV电源解决方案(TEA1511+TEA1522)，以及60W LCD显示器(15英寸-22英寸)电源与变频器整体方案。同时还有AC/DC驱动IC(SSL 1750与SSL1523)，DC/DC驱动IC(UBA3070)，周围灯光传感器驱动IC(UBA305x)，PoE驱动IC(TEA1311)等新品。除了前述之外，该公司亦展出三极管(GA)，MCU(如数字相框)与接口(如Ms。DiDi-- DisplayPort toDVI/HDMI转接器)等产品线。

TI

DSP与模拟半导体龙头的TI德州仪器对于壮大电源管理这块市场的实力不遗余力，并购策略不间断，不久前又并购了爱尔兰公司Commergy Technologies，该公司为电源参考设计业者，专门致力于节能与精简架构的设计，其开发出效能极高的电源供应解决方案，例如笔记本电脑转接器解决方案符合且超出最新ENERGYSTAR及“计算机产业拯救气候行动计划(ClimateSaversComputingInitiative)”建议的PC标准。此并购将扩展TI在提升现今终端设备设计电能效益的重点业务，尤其是在交流电转接器、高功率密度运算以及服务器系统的设计。

TI运用本身的应用知识及高效能模拟制造能力，提供各式单项及整合式电源管理解决方案，以因应任何可携式或线路供电的电源设计挑战，涵盖范围从移动电话及可携式医疗设备，乃至于电信、工业及运算应用装置等。例如该公司日前推出业界第一款单芯片双插槽热插入管理器，可广泛应用于无线、电信及运算系统专用的AMC卡(AdvancedMC)，包括自定义的AdvancedTCA(ATCA)及MicroTCA系统。对于3G或后3G无线基地台及网络设备，乃至于高端数据通讯，此组件均可显著提升热插入电源管理设计的弹性与效能。

在微控制器方面，日前TI推出突破性的新一代超低功耗MSP430微控制器，可针对效能高达25MHz的装置提供业界最低功耗，同时增加闪存与RAM，并整合射频(RF)，USB，加密与LCD界面等周边。由于运行耗电量仅160μA/MHz，且待机时可达1.5μA，MSP430F5x MCU可延长电池寿命，内建这款产品的可携式应用更可使用较小的电池，至于使用太阳能，振动能源或人体温度的能量收集系统，则完全不需要电池。由于这颗具有警报功能的32位RTC MCU只需1.5μA待机电流，因此电池能维持20年以上的寿命，且完全不需要维修，相当适用于水电瓦斯等计量表的应用。

ENERGY STAR EPS 2.0生效日在即 因应方案出笼

Power Integrations

在AC-DC外部电源转换器市场坐拥龙头地位的PI，宣布推出高整合AC-DC(交直流转换)交换模式功率转换IC-LinkSwitch-II系列，除提供极为准确的主侧控制外，该组件也大幅简化恒电压，恒电流(CV/CC)转换器的工作，让消费类产品可符合全球所有能源效率与无负载规定， 例如用于外部电源供应的能源之星2.0。这款IC非常适用于移动电话与无线电话的充电器，高亮度LED驱动器和其他精确CV或CC应用。

LinkSwitch-II是PI极为成功的LinkSwitch系列新一代产品，它免除了光耦器和所有次要侧CV/CC控制电路以及所有控制回路补偿电路，因此能够简化准确输出CV/CC转换器的设计。在5V/1A，5W的移动电话充电器设计中， LinkSwitch-II在115-230 VAC输入和25%，50%，75%和100%负载范围达成的平均效率高达75%，提供了符合ENERGY STAR EPS2。02的简易路径。与前一代产品相比， LinkSwitch-II设计的充电器组件少了9个，若与其他非同级组件相比，减少组件更多达15个。PI高功率产品部产品营销经理Silvestro Fimiani表示，由于消除了次要回授感应组件，采用LinkSwitch-II的充电器可达到80%，此外它可大幅减少无负载时的功耗，同时为消费者节省电费。为增强LinkSwitch-II的环保效果，该系列产品全部采用无卤，与RoHS兼容的封装，这也是Apple，Nokia，Samsung和LG等终端厂商不断要求的标准。

CamSemi

无独有偶地，英商康桥半导体公司(CamSemi)也一个新的混合信号控制器产品，它可用来快速开发简单且低成本专为无线电话机或其他对EMI敏感的小功率电器供电的开关电源(SMPS)。设计工程师采用新的C2471组件就能在第一时间迅速地顺利达到FCC Part 68所规定的电信设备标准以及能源之星2.0 (ENERGY STAR 2.0) 所规定的节能标准，而不再需要使用昂贵复杂的滤波电路，也不需要专门的设计技能。这个最新控制器的目标市场是额定功率为1W～6W的大量消费类电器，其中包括家用电信装置和音响设备：这两个重点市场目前仍然主要是使用线性电源，这类型电源的特点是它们所消耗的功率，大约有一半是被浪费掉了。

C2471是最新添加到C2470集成电路系列的其中一个产品，英商康桥半导体是在去年10月推出的这一系列突破性能的组件，相对于返驰式开关电源的设计架构，该系列控制器能够使设计的电源产品进一步提高在体积和性能上的优势，在不需要增加任何额外的成本费用，提供了用户一个更节能的设计方案。该控制器基于独特的谐振不连续顺向式转换器(Resonant Discontinuous Forward Converter， RDFC)拓专利技术，可以在整个负载变化范围内维持“无EMI”的谐振开关工作。这种方法产生的EMI特别低，因此是电信、音响以及其他具有挑战性应用的理想选择。

C2471控制器还能帮助制造商顺利地符合能源之星2.0（ENERGY STAR 2.0）的规范要求，该规范将预期在2008年11月开始执行。例如，要求一个由120V供电的6W无线电话的平均效率是73%，而基于C2471的解决方案则可以达到82%的平均效率。规范要求无负载的功率消耗是300mW，而采用英商康桥半导体的产品可以使无负载功率消耗降低到160mW。

便携设备超低功耗音频编译码芯片问世

Wolfson

Wolfson Microelectronics 推出新一代超低功耗音频芯片系列的第一个产品-WM8903，其创新技术能大幅延长具备音频功能之可携式产品的播放时间最高长达40小时，例如可携式媒体播放器(PMP)、多媒体手机和掌上型游戏机。

WM8903超低功耗CODEC的体积十分精巧轻薄，并提供Wolfson著名的高效能音讯和领先业界的低功耗能力，以符合今日多媒体可携式产品的严峻要求。WM8903让设计者能够突破产品设计极限，开发出令人赞赏且具有差异化的产品。

WM8903具备Wolfson全新的SmartDAC技术，提供一种独特的低功率DAC电容交换架构。这项技术让DAC至耳机的驱动功耗只需4.4mW，并且拥有“效能与功耗匹配组合”的可编程能力，让系统设计者能针对不同的使用情境(例如放在充电座上或行进中使用)予以优化。

Wolfson技术长PeterFrith表示：“WM8903真正具备了下一代超低功耗组件所需的条件，显著延长音乐播放时间。WM8903让设计者能够轻易设计出一个只需充一次电就可以播放长达40小时的可携式产品。WM8903所提供的创新技术，正是Wolfson AudioPlus产品线的成功例子，完美整合了AudioPlus所包含的纯净音质(Pure Audio)、智慧电源(Smart Power)、拟真麦克风(True Mics)和强化聆听(Enhanced Soundware)等重要元素。”

WM8903同时也包含Wolfson的Class W放大器技术，它是一个创新的class G/H，具备调适性的dual drive电荷泵(charge pump)和直流伺服电路架构(DC servo circuit architecture)。Class W耳机放大器技术能够以智能型的方式追踪实际的音乐信号层级，并采用调适性的dual drive电荷泵以维持优化功率消耗。WM8903可经由共同的1.8V模拟和数字电压的电力轨(Power rails)来运作。其优异的电源涟波拒斥比(PSRR)让WM8903可以和其他数字组件共享高噪声的电力轨，而不会冲击效能。这个架构不仅成功改善电源消耗的问题，而且也不再需要采用大型直流隔离电容(DC blocking capacitors)，大幅地节省电路板空间和音频子系统之物料(BOM)成本。WM8903更透过一个改良的低频响应(bass response)，提升听觉享受。