通用型PMIC加速发展 - 移动设备节能要求日增，PMIC功能/制程大改进

　　手机/平板渐融合　通用型PMIC加速发展

　　奥地利微电子（Austria Microelectronics）市场经理Don Travers（图4）表示，以往手机、平板PMIC规格有所差异，随着产品尺寸日益多元，上市时程压力剧增，品牌和处理器业者均希望尽量缩减设计改变幅度和成本，并达到新产品快速上市的目标，已刺激手机、平板通用型PMIC方案崛起。

　　此外，行动装置处理器与PMIC之间沟通紧密，传统设计上大多将两颗晶片的距离拉近，以减轻资料传输负担与功耗，却也引发热源集中的问题，反而影响系统效率。为改进散热问题，PMIC业者竞相提出新的系统布局模式，并针对大尺寸手机更加复杂的多核心处理器、背光模组功率管理需求，取法平板电源控制的优点，以兼顾手机效能与续航力。

　　Travers强调，因应市场需求，奥地利微电子即跳脱一般PMIC商专攻手机或平板的单线发展模式，除积极扩张手机、平板通用型PMIC阵容外，近期更发布一项PMIC远端回馈线路专利，大幅简化行动装置系统设计与散热问题。

　　据悉，该方案目标係简化电源管理系统布线，并拉开处理器与PMIC的距离以分散热源，透过在处理器端外挂一颗功率级（Power Stage）模组，再以远端回馈线路串连高整合度PMIC，可因应处理器动态电源负载变化做出迅速反应，同时提供较高的转换效率及更灵活的印刷电路板 （PCB）布局。

　　随着PMIC整合更多控制元件与电路，并引进数位设计拓扑提升效率，晶圆代工厂和电源晶片商也研拟导入先进製程，开发新一代异质功能整合PMIC，满足复杂的系统电源管理需求。

　　迈向异质功能整合　PMIC加速制程演进脚步

　　联电市场行销处技术经理杨登棠（图5）表示，高通、戴乐格（Dialog）正积极布局整合MCU及DSP核心的下世代PMIC，藉以提升晶片整合度，让行动装置业者有更多设计空间塞进新应用功能，并提高电源管理效率。随着类比/数位异质晶片融合需求浮现，PMIC晶片商将改变以往类比IC不追求先进製程的概念，加速从现阶段主流的0.18微米製程，跨入0.13/0.11微米，甚至在1？2年内朝90、65/55奈米迈进。

　　不同于数位晶片、随机存取记忆体（RAM）均须倚赖奈米先进制程，才能提高逻辑密度及运算效能，同时减轻功耗、尺寸及生产成本；PMIC等各种类比晶片对电晶体密度的要求则较低，反而着重在晶圆后段导线製作或深沟层隔离（Deep Trench Isolation， DTI）等技术，以改善导通电阻（RDS（ON））及各种操作特性，因此主流製程仍停留在0.18微米以上，晶圆尺寸也还在用六吋、八吋方案，每2年晶片体积微缩比率仅有10~25%。

　　然而，杨登棠分析，目前行动装置PMIC内部至少都有二十到五十个功能区块，且接脚数超过两百个；加上晶片商正致力研发类比/数位异质晶片整合型 PMIC，而新增的MCU、DSP、杂讯消除IC等数位核心一定要以先进製程来做才能发挥经济效益，在PMIC整合度不断翻升之下，朝奈米製程演进的需求已开始涌现。同时，相关大厂考量先进製程成本较高，更研拟在2？3年内全面改搭12吋晶圆生产，将晶片产出数量提升两倍以上，进而缩减10%左右的量产成本。

　　因应新世代PMIC製作需求，杨登棠透露，联电将部署0.11微米、65/55奈米BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）等多元製程。其中，0.11微米方案已开始试产，今年底将正式上线，该公司旗下七个八吋晶圆厂将有五个支援此製程节点，至于65/55奈米BCD方案则是未来主攻重点，将持续加码投资。此外，联电近期还与一家晶片厂携手合作90奈米客製化PMIC製程，并已进入测试阶段。

　　事实上，行动装置品牌厂不仅希望节省晶片耗电，也须要开闢更多电力来源，以满足用户行动运算的需求，因而带动晶片商投入发展微型、高效率交流对直流（AC-DC）充电方案。

　　确保充电快又準　充电器/测试方案翻新

　　恩智浦（NXP）电源方案资深产品行销经理张锡亮（图6）强调，EuP Lot 6节能规範施行后，行动装置业者已面临更严格的产品功耗要求，包括在待机模式下不得超过1瓦（W）；而关机模式则须低于0.5瓦耗电量等规範，因而须导入更新一代的电源转换器晶片方案，提高电源转换效率。

　　张锡亮分析，要降低待机功耗的首要关键就是减少系统零组件用量，因此电源晶片商正竞相发展一次侧回授（PSR）、同步整流AC-DC拓扑设计方案，将充电器的零组件控制在叁十颗以下，并满足各种国际节能规範的电源效率要求。

　　尤其近来手机和平板充电器共用的设计趋势成形，更将驱动AC-DC电源设计转变。张锡亮指出，由于手机充电功率为5瓦，而平板多在11瓦左右，因此新一代充电器须侦测装置所需电压，以辨别并切换手机或平板充电模式。目前恩智浦已开发一套小型化AC-DC解决方案，可透过在二次侧侦测负载变化，动态调整一次侧的开关模式电源（SMPS）控制器，同步支援平板、手机充电。

　　随着行动装置充电技术革新，新兴系统与电池电流量测方案的需求也开始涌现。安捷伦应用工程部资深专案经理祁子年（图7）表示，手机厂在开发软硬体时须执行一系列标竿测试，包括评估整体装置与电路的电池消耗，以及验证应用程式对系统电力供应的影响等。

　　祁子年指出，行动装置大多皆导入省电模式，以短丛发的发讯方式运作节省电力，由于装置在此模式下耗电流非常低，传统量测方案的动态範围无法準确测量出系统功耗变化，因此业界正兴起互补累计分布函数（CCDF）量测方案，并搭配脉衝式电流抽取技术，同时扩充仪器的动态电流範围，从而分析并最佳化行动装置省电模式的运作模式。

　　增加手机电力来源　电池厂竞逐新材料技术

　　儘管系统节能设计功夫已有长足进步，但手机厂最终的期待仍是扩充电池容量，工研院IEK产业分析师吕学隆（图8）表示，手机电池效能每年提升比重仅约 5~8%，远不及新产品功能演进速度，因此，电池业者已规画从电池正负极材料、驱动电压和极板设计叁方面着手，期能兼顾电池体积、容量和成本。

　　吕学隆透露，叁星SDI近期已在电池表面镀上新材料，开发出4.4伏特（V）高压驱动的锂电池方案，藉以改善电流耗损过多的问题，并妥善利用每一分电力；同时，该公司也利用涂布製程及特殊复合材料，提高电池极板的能量密度。至于乐金化学（LG Chemical）和日本户田工业等日韩电池材料大厂，则投入开发下世代正负极材料，将以锂叁元系、氧化硅等方案增加蓄电量。

　　显而易见，随着行动装置功能规格迅速攀升，晶片商、电池和量测业者均不遗余力发展「开源节流」的解决方案。其中，由于PMIC掌管系统供电，对新一代行动装置的发展尤其重要，产值可望从2012年的15亿美元，飙升至2016年的24亿美元，为相关业者带来更多商机。