電源管理IC 類比IC 功率IC 行動裝置 GPS

SerDes技術相助 類比/功率IC創新行動體驗

2012-11-12
近年來,行動裝置市場急速擴大,越來越多的功能被消費者要求加入,在體積不變、功能增多的情況下,既要延長待機時間,還須帶來更好的影音體驗,這其間新一代IC肩負重責大任。
行動生活方式的進步已經成為消費者、手機製造商、服務供應商、應用開發商和積體電路供應商追求創新的驅動力。尤其拜積體電路供應商所賜,讓功能密集的小型手機有更大的實現機會。

在眾多積體電路中,行動類比IC可以連接手機用戶和其在口袋中攜帶的行動世界。文中所提到的行動類比IC實例,都有助於為行動使用者提供更好的觀賞、聆聽、感覺和操作體驗。

類比IC是實現行動體驗關鍵

多年來,越來越多的功能已被移植到手機中。這些功能先前都是由個別的產品來提供,例如相機、音樂播放機、個人數位助理(PDA)、全球衛星定位系統(GPS)、視訊與遊戲機等。然而現在,這些功能都已大規模地被整合到手機中,且毫無疑問地,此一趨勢還將持續下去。

在手機中整合這麼多全然不同的複雜系統,沒有具備小型化和卓越功能的數位和類比IC將不可能實現。IC藉著讓眾多功能無縫地在一起工作,而推動著系統整合的進展,在單一手持設備中為使用者帶來越來越多且各式各樣的行動體驗,這些設備都是由小型可充電的電池供電。

在智慧型電話中,IC提供多媒體處理,實現無線功能,並支援與用戶的連接。所謂的「與用戶連接」,意味著使用者透過手機與其個人數位世界互動並進行體驗。使用者經由感覺和行動來體驗數位世界,因此,聆聽、觀賞、感覺和操作組成行動手機用戶互動矩陣的四個基礎。

類比IC是實現用戶互動的關鍵。例如,支援聆聽的音訊IC的主要工作就是使手機中的小型揚聲器更響亮、更清晰。

而在觀賞方面,目標是提供更亮、更薄、解析度更高的互動式顯示螢幕。

在感覺上,觸覺學(即觸摸科學)的使用也不斷增長,當使用者與鍵盤互動或僅僅使手機傾斜時,就會提供振動提示。大的互動,當然是操作,指的是使用手機中各種系統的體驗。開發應用的應用軟體生態系統,正呈現蓬勃的發展,背後推動的力量是以手機來做更多的事情和做更有趣的事情。

類比IC製造商關注兩個主要事項,一是在四個互動領域中增強行動用戶體驗,二則是提供高效電源解決方案來促進更大的行動性。市場上有許多各式各樣的創新類比訊號路徑和功率IC,它們通常用來連接手機和平板電腦核心的應用處理器和基頻數據機IC與用戶生活的真實(類比)世界。

行動類比IC漸受重用

手機和平板電腦中的行動類比和功率IC分散在基頻和應用處理器的四周,可用來提供內部的連接,也可連接至外部的世界。

類比視訊、音訊、附件和通用序列匯流排(USB)開關IC、邏輯IC、USB收發器、電壓轉換器、GPIO擴展器、用戶識別模組(SIM)卡多路器(Multiplexors)、重置計時器(Reset Timer)、直流對直流(DC-DC)轉換器、音訊放大器以及其他類比IC產品實際上會「黏合」在一起,並驅動行動平台中的視訊、音訊、相機、無線電和其他子系統,在系統內部安排訊號的傳遞,並經由插孔、連接器、顯示螢幕、麥克風、揚聲器、無線設備和各種無線網路介面與外部世界連接。

要從外部引入不同訊號源(例如經由儲存卡、音訊/視訊插孔和USB埠),以及規畫訊號傳遞、開關,並提供手機內的訊號隔離,行動類比IC使這些功能得以實現。

許多這類IC還提供保護功能,防止有害的過/欠壓、過流和靜電釋放(ESD)情況。越來越多的這類IC會自動檢測連接到USB埠的設備(圖1),並使系統確切了解有什麼和做什麼。

圖1 IC檢測何種設備連接到micro-USB埠

檢測內容甚至擴展到簡單、標準的音訊插孔。正在尋找可消除分立電路方法的手機設計人員,需要一個整合式的解決方案,用於音訊插孔檢測並識別設備類型,例如3或4極插孔和帶有或不帶有發送/結束鍵的耳機麥克風。圖2提供此類應用的實例。

圖2 IC檢測音訊插孔應用實例

創新設計降低手機成本

有幾種IC創新可以在手機設計上增加靈活性並降低成本和尺寸,一個可以充分說明這類創新的實例就是來自快捷半導體(Fairchild)的μSerDes系列元件,它們是小型化的串列/解串列器(SerDes)。這些產品減少了透過手機路線發送的訊號數目,藉著把麻煩的平行訊號轉換為專有的串列訊號,更易於進行路線發送,並且還有助於減少電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)。序列化能降低傳送訊號通過手機或攝影鏡頭的鉸鏈或滑蓋時,產生EMI的情形,不會干擾關鍵任務的無線電訊號(圖3)。

圖3 小型化的串列/解串列器元件可讓多種訊號輕易地通過緊密的空間,如鉸鏈和滑蓋。

附加的行動類比IC包括D類揚聲器和G類耳機放大器IC,兩者一起整合在音訊子系統IC中或者單獨使用。D類放大器現在具備板載升壓能力,因此可節省空間和成本,同時增加功率輸出(響度)。音訊IC的進展包括具備負訊號擺幅功能的音訊開關,能夠更方便地將以接地為中心的音訊系統整合進手機中。

在行動類比視訊方面,視訊濾波器IC可將視訊訊號從手機驅動到外部基座和監視器,讓手機可以當作一台行動視訊存放裝置使用,同時也提供保護,以免受到鋸齒失真和ESD的損害。藉由手機在口袋中攜帶視訊檔正逐漸成為一種流行的使用模式,某些人開始把它稱為「視訊的步行網(Video Sneaker-net)」或甚至稱為「口袋型機上盒」。

雖然手機被要求要為用戶提供更廣泛的體驗,但不幸的是,卻出現一個負面體驗,那就是黑幕當機(White Screen of Death, WSOD)。當這種情況發生時,螢幕變成空白(白色),且所有娛樂也完全停止。

手機供應商需要一個解決方案,可以讓手機從WSOD中恢復,而不必拆卸和更換電池。先進的重置計時器IC具有可配置的時間選擇接腳,以便利用鍵盤直接重置手機。

支援多樣化感測器

在行動手機和平板電腦中,一個愈來愈重要的新發展方向之一是支援多樣化感測器的能力(圖4)。因為人們希望手機中的眾多子系統和IC可提供更多的性能,所以,溫度正逐漸成為更加重要的關注問題。因而溫度感測器也在逐漸成為手機中的必要項目,並且那只是現在出現的眾多感測器類型之一。因為感測本質上是一個類比現象,因而感測器也可以看作是一種「新的類比」產品。

圖4 感測器正不斷地湧入手機設計中

只要注意多種可用行動類比和功率IC中的某些產品,畫面應該就會變得更清晰,因為類比IC使得行動數位生活方式的體驗變為可能。隨著更多內容加入到行動產品中,更多種類的行動類比和功率IC將支援具有更先進高畫質圖形和音訊能力的更快處理器,使得同等的聆聽、觀賞、感覺和操作部分變得更加重要。

(本文作者任職於快捷半導體)

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