对可携式电子产品的设计工程师而言，如何在减少消耗电池电力的情况下，将更高阶的多媒体功能整合进更小的体积中，且在极短的时间内让新产品上市，这些要求始终是工程师必需时时面对的压力。这些产品所具有的许多新功能，例如高传真再生音响等，便必须仰赖日益复杂的混合信号IC去串连数字虚拟和模拟真实世界。

在现今的可携式电子产品设计中，电源管理和数字及混合信号部分具有同等的重要性，电源管理功能透过电源方案让可携式电子产品能提供更为丰富的消费体验，而这些功能在几年前还被认为是不可能的。无论装置的体积大小，无论芯片的功能是否强大，只要是使用电池供应电力的装置，就一定需要电源管理。电池本身需要被充电及被管理。产品需具备适当的线性或交换式稳压器以产生及管理特定电路所需的电压，使其达到一定的标准。而这些功能本身即为混合信号。

因此，在现今的任何系统中，混合信号及电源管理功能，以及极为重要的电源方案已被视为相当复杂的部份，这将成为一个新的趋势。在三、四年前，移动电话所使用的中央处理器（CPU）在启动时可能需消耗250mW，而其中的音频部分仅需耗费25mW。然而，随着数字电路的半导体制程已进展至90奈米甚至以下，CPU已变得更为省电，因此现在的功耗几乎与音频子系统的功耗相当，甚至更低。

模拟与混合讯号

就现阶段而言，要能减少成本、缩小体积，特别是降低功耗，设计重点已放在模拟及混合信号部分。面对如此的挑战，设计师已设计出解决方案，亦即将周边的功能整合进日益强大的系统单芯片（SoC）中。至少对于数字功能而言（若仅就外部电路减少此一结果来看），这样的作法的确产生了立即的效果，且组装过程也因简化而可节省成本，稳定性也更为增加，同时也缩小体积。

然而SoC整合的效益总是在下一代的装置中才更为显著。根据既定的制程微缩曲线，整合功能持续被加入SoC中。就如同设计的其他部分，每当跨过一个制程世代，它们就变得更小、更快，且功耗更低。

但是就音频及电源管理而言，比起将这两种功能加进主芯片-数字SoC中，较好的解决之道是将这些功能整合进一个在主芯片旁的辅助单芯片中。我们必须深入地去检视采用SoC的作法所面临的挑战，如此更能了解电源及音频整合芯片的优势所在。

在数字装置中加入模拟（广义的混合信号）电路，始终是一个两难的问题，模拟工程师总是要处理「灰色地带」。虽然他们使用最好的仿真器、仿真软件SPICE，而且都是基于个别晶体管的精确演算模型。但一些诸如噪音、谐波失真及电源效率等特性却是极难透过仿真进行预测。因此，模拟设计常常要不断的微调以符合成本及质量的要求。

对SoC设计师而言，如此的设计方法是很难让人忍受的。这不仅仅只是为了微调音频电路，就得付出天价去重制65奈米组件。更重要的是，在产品生命周期越来越短的环境中（如消费性电子产品），因为项目延迟所需付出的机会成本。

相对地，就这些设计考虑来看，结合电源及音频是较合理的作法，并可容许反复微调的设计方法，以在成本、功耗及音频质量间取得最佳的平衡。再者，混合信号工程师更能在单一芯片中均衡调整数字及模拟的需求，让这些整合的功能发挥最佳的效果。

假设电源及音频初次整合便产生效用，则这应该是一个探讨先进制程是否具有影响力的极佳例子。实际上将模拟电路放进更小的芯片好处很少，甚至是毫无益处。但是在某些情况则有所不同。

对于耳机或扬声器此类功能而言，转换器（transducer）的性质并不会因为时间而有明显的改变，而是要求能稳定地将固定的电力传输至相同的装载中。此类功能实际上是由外部组件所决定的，所以采用先进制程的影响不大。

但就更为基础的层次而言，满足模拟效能的优化芯片尺寸，与数字效能所针对低功耗、低成本及高效能所做出的最佳选择，两者从来就不相同。混合信号及模拟所需要的是成本优化的制程平台，其通常都较数字制程的晶圆大上许多。

例如，利用90奈米晶圆进行整合时，模拟工程师通常需要一个较大的晶圆，例如以0.35微米去画出模拟电路。这是因为90奈米晶圆的单位成本是0.35微米晶圆的好几倍，故将模拟功能加入较小晶圆的成本相当高。

整合式设计

因此，达到成本优化的最佳方案即为整合电源和音频。系统设计师从中获得整合的好处，以及许多附加优点。举例来说，在先进制程的绝缘破坏电压通常都比较低，所以当音频工程师执行诸如电池直连等技术，以及处理常在音频设计中会遇到的高电压，就比较不会遇到问题。

整合电源及音频亦可显著提升工程师于提供「完美音频效能」的能力。相对于反复的「微调」作法，这是一个更具人性的方法，并且能紧密结合稳定及高质量的电源供应，以达到良好的音频效能。整合系统能轻易地满足此种需求。

由于在线路设计层级上进行优化，因此效能方面亦可获得提升。如同我们所看到的，混合信号工程师总是擅长于处理模拟和数字电路间的互动关系。

整体而言，整合系统可以同时保证其音频子系统的质量，以及一些可量化的效能（例如功耗）。在现今的许多消费性市场中，此能力是相当关键的，因为决定消费者体验质量的关键，不仅仅是核心处理器处理数字讯号的能力，该设备与模拟真实世界间的接口质量也同样重要。

关键因素

所以，如果未来真的就是朝向电源和音频的整合前进，则其成就的装置该是如何？决定其成功与否的关键又为何？

关键因素在于制造业者是否能提供减少外部组件的整合解决方案。如此将能满足体积极为有限的电子产品需求，同时又不牺牲效能，特别是音频信号链。产品将具备丰富的功能，整合DC/DC整流器、LDOs、电池充电器，以及电源管理/控制电路等。典型的GPS及PMP还将需要ADC来连接真实世界的信号，例如电池温度传感器及电压监测线路等。

藉由提供如此丰富的功能，这些装置将能被用来解决一些较难的设计问题，例如，音频CODEC需要高质量的电源供应，而整合的音频/电源装置将同时满足这两方面的需求，且能对于效能提供保证。

结语

藉由提供如此丰富的功能，这些装置将能被用来解决一些较难的设计问题，例如，音频CODEC需要高质量的电源供应，而整合的音频/电源装置将同时满足这两方面的需求，且能对于效能提供保证。

综合以上，可知半导体整合的下一步并非SoC能力的扩充，取而代之地，将是由类似Wolfson此类公司发挥所长，其拥有混合信号系统设计专业能力，并且能充分掌握成本优化制程技术的优势。模拟和电源管理电路的整合，特别是在音频方面，将提供消费者更高层次的享受，同时也将更进一步降低成本及简化设计。