在可携式产品朝向数位化、小型化与整合化三大趋势发展的同时，电源管理IC也日渐成为市场新宠，因为所有的可携式产品都需要电池供给电源，而不同晶片间的电源转换与管理等工作则需要电源管理IC来执行。因此电源管理IC在高度发展的可携式产品市场中可说是越来越重要。在半导体产业进入深次微米与奈米制程之后，晶片有更多不同电压、电流的需求与保护。此外，由于可携式产品如手机或PDA，其所整合的功能越来越多，对于电源的持久需求与更长的电池寿命也成为在市场上生存的必备条件。这些都促使更多厂商积极投入电源管理与保护IC的研发与生产。

市场概况

一份由在iSuppli所做的统计资料指出，2003年全球电源管理产品（包括电源管理IC和其他电源元件）的市场销售额比2002年增加了14％，约为153.9亿美元，而2004年的销售额预计将比2003年增加15％，达177亿美元。而另一家市调机购CIR则认为电源管理IC的市场前景一片光明，在2004年光是应用于可携式产品的电源管理IC市场就可达到43亿美元的规模，到了2008年更将攀升到72亿美元。其实电源管理IC的成长速度比起整个半导体业界总是快了几步，例如在2002～2004年间，电源管理元件的年复合成长率为40％，但半导体产业的整体成长率则仅为35％ 。可携式产品的发展为电源管理产品拓展了可观的市场。

可携式产品应用为电源管理最大考验

从应用层面看，除了电脑与网路通信设备之外，可携式产品是电源管理IC的主要市场。例如今日的手机已不是单纯传送声音的工具了，新一代的手机整合了数位相机、彩色萤幕、MP3播放器、电动游戏、FM立体声收音机及PDA等功能。

因此设计上需要缩小产品体积、增加运算处理速度并达成更高画质的彩色显示能力，但另一方面不但不能影响电池寿命、效能或者系统运算时间，反而还得增长电池供电时间与电池寿命。而新的电池技术问世，如体积更小的燃料电池等，也让系统设计师在研发电源管理元件时，增加许多艰巨的挑战。

《图一 TI亚洲区市场开发部门高效能模拟产品资深市场营销工程师何信龙》

可携式产品电源两大需求

可携式产品不需要插电，因此使用时一定得以电池作为电力来源。德州仪器（TI）亚洲区市场开发部门高效能类比产品资深市场行销工程师何信龙表示，可携式产品的电池有两大需求。第一是效率要高，一般使用者都希望可携式产品的电池能够使用越久越好，所以如果产品里的电源管理IC效率不好，除了使用时间减短之外，电池寿命也会相对缩短。第二是体积要小，可携式产品从过去庞大的体积，到现在小到可以放在口袋里，电源管理IC的封装技术必须跟着升级。

以可携式产品的电源来说，体积小、效率高是所有人最在乎的。何信龙指出，在跟客户沟通的过程中，发现客户最在乎的就是电源效率，其次就是体积。至于价格方面的考量反而比较其次，因为如果电池可以做到小而省电，消费者会愿意花多一点钱去购买。因此所有厂商在设计上都须朝这个方向去努力。

锂电池与电源保护IC

何信龙表示，现今电池保护IC只有锂电池比较需要，因为像铅酸、镍氢（NiMH）与镍镉（NiCd）电池，就算是过充电或过放电，影响所及也仅只是电池本身的寿命长短而已。但锂电池如果施加的电压太大便会爆炸，那是因为电池保护IC没有发挥应有的功能。因此现今所谈到的电池保护IC大都是用于锂电池。现今的手机等可携式产品大多使用锂电池，由于人们经常贴身携带，因此电池保护IC也就相对的重要。

与下游厂商相互学习

在提供解决方案给下游厂商的同时，下游厂商也会提供重要资讯，因此在某些方面来说，下游厂商等于是电源IC设计商的老师。下游厂商会清楚说明他们在电源管理方面所需要的功能。因此设计商从下游厂商得到很多资讯，以决定下一代的产品该往哪个方向开发。在相互学习的过程中，电源IC设计商往往能从下游厂商那边学到更多。

国内电源IC厂商的瓶颈

一般来说，半导体厂商有两个管道可制造产品。一是建造自己的工厂（silicon foundries），二是本身专注于晶片的设计，而将晶片的制造委托别的厂商代工（fabless）。比较国内外的厂商，会发现国内很多电源IC厂商都是无晶圆厂的Design House，但是多数外商，如TI或ADI等都有自己的晶圆厂，这是个很大的差异。不只是电源IC，在很多在类比产品的设计上，若要做到省电、效率高与体积小，在规划与设计上会有很大的影响。这是国内厂商需要去突破的地方。

跟本地厂商比较起来，TI最大的优势是拥有自己的晶圆厂，因此可针对不同的技术与产品需求去设计与发展适当的制程，因此可拥有不同的设计，比如较高的电压、较小的启动电压或静态电流等。而这些设计的目的在于能够降低生产成本。另外TI很多产品须仰赖代理商的支援，因此TI在全球或亚洲地区都跟代理商建立很好的合作伙伴关系。

类比技术需累积经验

类比IC包括标准类比IC（Standard Linear）和特殊应用类比IC（Application Specific Analog）两大类。类比IC的应用普及，但其技术需要经验与时间的累积。类比IC并不像数位IC一样拥有大量的电子设计自动化（Electronic Design Automation；EDA）工具和IP可一再重复使用，所以类比IC在设计上需要相当长的时间来累积经验，因此刚投入类比IC研发的厂商很难在短期拥有成果，但价格上不会有大幅度变动也是类比IC的优点。安森美（On Semiconductor）台湾区总经理暨大中华区应用工程部总监陈茂田认为，想跨入类比技术的领域十分容易，但要将产品做得好在研发上却有一定的困难度。因此类比厂商大多都有一定的历史，其研发人员也多是这一领域的箇中翘楚。

《图二 ON Semi台湾区总经理暨大中华区应用工程部总监陈茂田》

可携式电源IC的最大挑战

安森美的四大产品线中，以AC/DC电源转换系统的使用最为广泛，这是因为住家中的所有电子产品都是使用直流电源，因此需要将家里的110伏特交流电转换成直流电源。而在可携式产品上，由电池所供给的电源，须由电源管理IC将电源转换成不同的电压，以供给产品上各电子元件。然而电源的转换容易造成许多不同的问题，如干扰与能量的损耗等。只要电源一经转换，就会产生损失，因此能量的损耗是一个很大的问题。

一般来说，电源IC在开发上的五个重点分别为：

电源转换三大问题

以手机为例，其电池电源多为3.3伏特，但是手机中晶片所需的电压很低，一般多为1.5或1.8伏特，顶多2.5伏特，因此在多次的转换下，势必产生许多能量损耗。此外，一般电子产品都需要充电器把110伏特交流电转换为直流电储存至电池中，因此便产生三个问题。

整合就是优势

电池的使用寿命一般人当然都希望能使用越久越好，然而希望永远不发生能量损耗当然不可能。因此如何利用电源IC来克服以上问题、增加效能并延长电池寿命则是研发中所需要思考的重要课题。陈茂田表示，消费者并无法看到可携式产品中的IC晶片，他们只能看到一个完整的系统，因此系统的成本要低才有意义。只要每一个系统所涵盖的功能多，周边的零件就会相对减少，这种整合式的IC功能也是安森美目前在研发产品上的主要优势。

安森美的电源管理与保护IC产品具有以下优点：

其实，这也正是所有电源IC厂商所积极努力达成的目标。

电池供电型产品背后的电源需求

可携式产品的共通点是必须使用电池，电池的需求则是体积小与效率高。立锜科技（RichTek Technology）系统开发处副总经理马代骏指出，不同种类电池在可携式产品电池输入电压范围都不相同，使得各产品也有不同升压或降压的组合，所以电源解决方案的差异与变化性相当大。

效能（Efficiency）

手机电源来自电池。马代骏表示，手机的电流越高越好，电流若不高容易产生更多的power loss。在电源进行转换（convert）的过程中，会有能量的耗损，而效能的定义就是电源从输入（input）到转换之后输出（output）的交换损失（switching loss）有多少。以100％的效率而言，就是电能的不发生任何的损失，可把电池电能完全转换成可携式产品所需的能量。但要让电源效能达到100％实际上不太可能，只能尽可能的提高。可携式产品上的电源在转换过程中将耗损能源，因此电源IC可说是个把关者，必须让最多的电能用于驱动系统而非耗损。因此提高转换效率就能减少转换的损失。

另外，静态耗电也是一个问题。当系统处于静态（Suspend）或是待机（standby）的时候，虽然系统并没有在运作，但很多电路都维持ON的状态而非OFF，这就属于静态耗电。

多通道Multichannel解决方案

提升电源效率

可携式电池的第一要件是效率高，而任何产品的电源消耗量（consumption）都跟电池的寿命相关，效率越高耗损会越小，电池寿命也将会更长，因此必须让漏电与耗电情况越少越好。第二，由于可携式产品尺寸变小，PCB板的面积也有限，因此缩小IC晶片及相关零组件体积也就相形重要。而要提升电源效率，多通道（Multi-channel）解决方案是不错的方式，只要单一颗IC就可以提供多组不同的电压给各子系统（Sub System），如CCD、MEMORY及其他微控制晶片。

管理不同电压

马代骏指出，现在手机锂电池提供约3.2～4​​.2V的电压，而一般晶片组（chipset）只需要约1.5~1.8V左右，因此系统必须降压，但少数元件需要较高电压，也必须进行升压。以手机的背光源为例，一颗LED通常需要3.4～3.6V的电压才能导通，如果串联三颗LED会需要12V的电压，那就需把系统电压升高到10V以上​​。如果LED是并联连接，由于LED顺向导通电压不需太高，因此可直接使用电荷汞（charge pump）方式制造稳定电流。但这也是一大挑战，由于并联时每颗LED的电流必须相同，因此必须做current balance。如果手机还有相机功能，供电状况就更为复杂，例如CMOS相机模组需要线性稳压器两组输出电压，又如CCD相机模组需要更高的电压。这些不同电压的需求可利用multi-channel统一管理，由同一颗电源管理IC来进行多项升降压输出。而其共同的重点是体积要小。

类比技术一步一脚印

诸多难题等待克服

可携式产品电源管理设计方面最大的问题在于没有一个标准（standard）可供依循，由于变化太多，不同手机对电源有不同的需求，因此必须对系统进行更深入的分析与了解。其次是必须把所需的系统制成成品，并兼顾高效率及小体积等需求。此外，如何做到高效能与同步升降电压的技术，如何利用multi-channel技术让同一晶片处理各种不同的电压，却不相互干扰，这些问题都必须克服。

一步一脚印累积技术实力

其实类比技术并不如想像中那么艰涩，但很多设计需要经验与时间的累积。例如电流量与耐电压的提高、电源效率的升等与同步处理技术的突破等，这都需要经验的累积才可以晋升到更高层级。

马代骏又举电感为例，电感的体积非常大，在可携式产品寸土寸金的PCB板上，没有这么大的体积去容纳，因此小体积就变得很重要。每一步都是挑战，必须凭着经验的累积，一步一脚印（step by step），利用这些技术再往不同的领域发展。以企业的群聚效应来加快人才培育的速度，利用不同公司间的share也能增加经验的累积。

立锜自创立以来，均秉持着一步一脚印的态度去经营类比市场，包括升压降压等技术的成熟、完整通路的建立与营运规模的扩大正可以看出其成效。而立锜所拥有的完整产品线更可运用于各种可携式产品的电源解决方案上。马代骏说，现在立锜的电源IC产品效能已达95％以上，和较大规模的厂商相比已在伯仲之间。就类比厂商而言，立锜已经成功走出第一步，其自身品牌的建立，更能加速产品走入更大的应用市场。

新设计新挑战

挑剔的消费者希望随身携带的手机，只要掏出口袋就是一支外表亮眼、体型又小的无线通讯设备，讲完电话可以当成多媒体影音装置边看影片边听音乐，等车无聊时可以用玩玩电动游戏或上网浏览网页，也可以当成PDA随身处理公事、收发E-MAIL并纪录重要事情，若遇到朋友并且可以摇身一变，成为一台数位相机一起拍个照留念，最好一个小小的掌上型装置就能拥有电脑般的强大功能。这种念头使得电源IC设计业者陷入困境。

美国国家半导体（NS）可携式设备电源管理部门亚太区产品市场经理罗振辉表示，虽然电池已经大幅提升容量、延长供电时间并缩小体积，但事实上许多问题仍然存在，例如深次微米（Deep Submicron ）制程技术所导致的漏电等，这些问题都成为电源转换技术的瓶颈。

传统设计的缺点

罗振辉指出，以开关稳压器驱动负载来取代低压降（LDO）的线性稳压器，可在耗电量极少的情况下，将电池功率转换成系统所需功率。然而，新一代手机传送资料需耗用大量电力，加上晶片体积不断缩小、电压不断下降，电源管理系统的功能也渐趋复杂。传统设计受限于固定电压及频率，成效有限。而电池技术的改善对提高系统的能源效益也帮助不大，且其能源密度也很难再有太大的提升。因此，唯一的方法便是舍弃传统设计，将供电与耗电系统视为一个整体，从整体的电源管理系统来提效率。

《图三 NS可携式设备电源管理部门亚太区产品市场经理罗振辉》

PowerWise电源管理技术

美国国家半导体的PowerWise技术将耗电与供电系统视为一个整体回路，并减低超大型积体电路（Very LargeScale Integration；VLSI）的功耗。这种自适应电压调节（Adaptive Voltage Scaling；AVS）技术将先进电源控制器（Advanced Power Controller；APC）的合成AMBA相容核心植入晶片中。 APC负责监控并调整供应给IC的电压，并利用PowerWise介面将有关资讯传送至电源供应器，利用不同的方式节省能源，让电压永远保持在最佳状况。PowerWise让可携式产品处理器的效率提高75％，因此设备商在增加手机功能的同时，也能兼顾手机的体积、重量与寿命。而使用标准界面可方便APC植入IC晶片，这让系统商能更快开发符合需求的电源平台以缩短上市时间。

以更新的技术与思维突破类比技术瓶颈

新的制程技术带领下一代可携式设备提前推出市场。其功能更多、体积更小，但也带给研发业者更大的挑战。目前业者最大的困难，就是为这些新应用设计出理想的电源管理系统，并且在外形、成本及能源效益方面都​​能符合消费者要求。罗振辉说，现在的手机功能跟过去已大不相同，许多功能如内建数位相机、MP3播放器、FM radio与SD卡等，将来更可能会加​​入微型硬碟及Digital TV等。而供给系统电力的电源技术不能再裹足不前，必须朝向全面性的解决方案发展，而不能抱持以往只针对某些问题研拟对策的落伍心态。 NS将来往不同领域遇寻求发展与突破时，也必须以更新的技术与思维，来突破瓶颈并迎向更多的挑战。

结语

可携式产品带给消费者更多的便利性，但也给了研发人员许多设计挑战与压力。电源IC厂商必须能提供各种规格，或现成可用技术，帮助设计人员发展独特的设​​计。因此了解系统和电源需求，才能提供高整合度、高效率与低价格的电源产品。在研发人员的努力之下，未来可携式产品的电源将可提供更长的使用时间与更小的体积，这些推陈出新的技术对于消费者来说，往后可携式产品的使用肯定更为便利。