在当今的移动社会中，消费者为满足其需求，对可携式电子产品越来越感兴趣。消费者希望电子产品易于携带、重量轻、并提供过去只有个人计算机(PC)才能提供的功能等级。膝上型计算机的使用在减少，因为平板计算机在系统中整合了更多功能及特性。平板计算机重量轻，易于运输及携带，而且它们基于应用的架构使其非常便于使用。随着技术及处理器方面的进步，如今平板计算机能提供跟膝上型计算机相同的性能。

随着平板计算机受欢迎程度持续提高，人们对更高性能及更长电池使用时间的需求也同样提升，这也为设计人员带来很有意思的挑战。更高性能表示对电池的需求提升；因此，处理器、芯片组及所有电子元器件必须优化。尽可能获得最高的能效，从而提供消费者所想要的电池使用时间。虽然电子产品已经大幅优化形状因子及性能，但电池技术已经延滞。平板计算机印制电路板(PCB)空间极为有限，设备电池占用大部分的可用形状因子。目前正在进行研究，寻求新的方法来减小电池总体尺寸，同时维持相同的容量。虽然已经取得进步，但仍不足以用于商业使用。因此，高性能可携式装置的需求依赖于高​​效能系统架构的开发。

系统架构

平板系统架构跟传统个人计算机不同；由于形状因子及电路板空间方面的严格限制，核心芯片组经过重新设计及大幅度整合。通过结合软件及整合芯片组，平板系统架构能够提供足以与个人计算机相竞争的技术性能，同时尺寸符合手掌。

图一显示了平板计算机架构框图；两个主要芯片组分别是应用处理器及电源管理集成电路(PMIC)，传统个人计算机在主板上拥有不同芯片组，用于存储器、中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、硬盘磁盘驱动器及其他外围硬件。应用处理器将这些功能整合在单芯片中，它的设计旨在与各个子系统连接。这样高的整合度大幅减小的芯片数量，并释出电路板空间。

图一 : 平板计算机系统

应用处理器与PMIC配合工作以监控、调节系统并操作系统。应用处理器使用ARM架构，提供以逐平台基础定制配置的灵活性。基于RISC的结构简化了系统，要求的元件及处理器数量比传统个人电脑更少，使用者介面包括I2C及USB OTG。晶片在较低电压轨工作，以减少一些系统的功率损耗。

PMIC负责监控系统，作出电源管理决策，并与应用处理器连接。它为电池充电，包含建立不同电压轨所需的电路，并提供过压及过流保护。虽然用于设定电压轨的MOSFET通常被整合在PMIC中，但周边MOSFET仍常使被用，用于反向电压保护、反向电流保护及电池开关。

反向电压及反向电流保护对系统的健全至关重要；传统上，背靠背MOSFET跟系统主电压轨(如USB输入)在一条在线，用于反向电压保护、过流保护及反向电流保护。使用MOSFET提供两项优势：当MOSFET导通时提供极低的导电损耗和极小电压降；当MOSFET关断时提供本体二极管固有的阻断功能。以背靠背的方式连接MOSFET，在MOSFET关断时，提供双向电流阻断功能。如图二所示，PMIC监测电压及电流，当有需要时关断MOSFET，以保护系统。虽然许多这样的电路整合在PMIC中，因为所要求的电压或电流缘故，背靠背MOSFET通常仍然是周边组件。

图二 : 用于保护电路的双MOSFET配置。

外部电池开关用于将电池与系统其它部分连接及切断连接；电池开关通常是PMOS小信号器件，设计用于采用低压轨工作，提供低导通阻抗，以将开关的导电损耗及电压降减至最小。当系统采用电池供电时，开关仍然导通；当设备连接至外部电源时，开关切断连接。当开关切断时，PMOS器件的内部本体二极管防止电池放电到电路中(漏电流)。因为系统较大的电流要求缘故，通常需要外部电池开关。

对于背靠背MOSFET及电池开关MOSFET而言，导通阻抗及占位面积都是优先考虑因素，从而将系统能效提升至最高，并将使用的电路板空间减至最小。安森美半导体提供封装尺寸分别为2 mm x 2mm及1.6 mm x 1.6 mm的低导通阻抗MOSFET及电池开关MOSFET，包括NTLUD3A50PZ、NTLUS3C13PZ及NTLUS3C18PZ。

电源管理

随着平板计算机越来越受欢迎，对更高性能及更长电池使用时间的需求也升高了。如果没有采用得力的电源管理技术，电池使用时间就会大幅缩短。为了将性能及电池使用时间提升至最高水平，芯片设计人员竭力优化平板计算机设计的各个层面；其中包括优化处理器硅芯片、电气组件及系统控制架构本身。电池形状因子的限制已经导致需要创新的电源管理机制，以将能效提升到最高。其中的一些技术如下所示：

1.动态电压及频率调节(DVFS)─通过软件调节电压及频率至准时完成每个处理器任何要求的最小值，降低每个任务期间的总能耗。

2.处理器内核之间的负载均衡─不需要满额处理能力时，应用处理器关闭处理器中未使用的部分，并均衡负载，以将未充分利用的处理器内核的性能提升至最高。例如，如果内核1正在运行大多数处理任务，而内核2运行少部分任务，那么负载均衡技术将内核2处理的任务移到内核1，使内核2能够关闭。这就能在不需要时关闭不用的电压轨及处理器内核，?明系统大幅省电。

3.关闭处理器闲置/未用部分─应用处理器硅芯片本身分为不同部分，每个部分都能够被单独导通或关闭，而主处理能力持续供给系统使用。这种硅片的功能划分提供在没有需要时关闭非关键区段的方式。多核处理器将额外的内核保持在睡眠模式或关闭，直到有需要时才再使用。

4．区分VCORE及逻辑电压轨─应用处理器本身内部的电压轨是分开的，能够关掉未使用的电压轨及电路，直到有需要时才再使用。

除了上述电源管理技术，在有可能的场合还能进行单独的元器件进行省电。要选择高性能的组件，如低能耗及包含内置电源管理的存储器。还可以使用电平转换器来向上及向下调节电压。业界还在研究各种电池化学特性，以将电池容量提升至最大。

市场趋势/平板计算机未来

随着平板电脑继续获得发展动力，消费者渴求更大萤幕、更高性能及更纤薄形状因数。业界还在研究各种电池化学特性，以优化电池设计本身。当前的平板电脑设计正在增加电池数量以实现更长的电池使用时间。随着智慧手机受欢迎程度及需求的升高，低成本平板电脑如今面向更广大的消费者群体。平板电脑市场已经分裂为两个区隔，分别是低端及高端平板电脑。高端平板电脑将功能整合到高整合度的晶片组中，往往使用四核处理器。低端平板计算机使用更加分离的方案，使用的芯片组较大。平板计算机市场将继续扩充，为集成电路芯片及分离元器件皆提供众多商机。

(本文作者Ann Starks任职安森美半导体应用工程师)