靈活控制供電量與順序　可配置PMIC延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命

　　顯示器、處理器及無(wú)線通訊晶片，是智慧型手機(jī)主要的耗電來(lái)源，不過這些零組件并毋須長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)作狀態(tài)，因此手機(jī)設(shè)計(jì)人員只要利用可彈性配置供電量與供電順序的電源管理晶片（PMIC），靈活控制各關(guān)鍵元件開關(guān)狀況，即可達(dá)到手機(jī)電池壽命極大化的目的。

　　讓手機(jī)維持長(zhǎng)效電池壽命的關(guān)鍵因素，其實(shí)就是試著不要一次處理太多事情，可惜往往事與愿違。因?yàn)樵谶@個(gè)手掌大的機(jī)器里，不斷被放進(jìn)制造商的各種技術(shù)，使其成為一種復(fù)雜的技術(shù)混合體。

　　GPS耗電兇　手機(jī)電量2小時(shí)用罄

　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）系智慧型手機(jī)用來(lái)找出使用者所在位置的功能，必須依靠手機(jī)來(lái)接收及解碼由軌道衛(wèi)星所傳送的精確時(shí)間訊號(hào)。解碼的過程需要手機(jī)內(nèi)部的處理器不斷運(yùn)作，藉以從背景雜訊中挑選出微弱的訊號(hào)，并沿著開車的路徑反覆相互比較，以測(cè)定你的位置。

　　當(dāng)行駛的速度越快，則消耗的能量就越大。若在未接上充電器的情況下，使用智慧型手機(jī)做汽車導(dǎo)航，一般的手機(jī)電池會(huì)在1？2小時(shí)耗盡。應(yīng)用處理器負(fù)載的影響可以很容易地被「測(cè)量」，你只需要將手機(jī)留置在一個(gè)固定的地方（靜止?fàn)顟B(tài)下），并開啟全球定位系統(tǒng)，測(cè)試電池電力的持續(xù)時(shí)間。只要在不使用時(shí)關(guān)閉全球定位系統(tǒng)，就能擁有最長(zhǎng)的電池壽命。

　　基地臺(tái)訊號(hào)強(qiáng)弱　決定Wi-Fi功耗

　　另外一項(xiàng)主要的功率消耗來(lái)源就是無(wú)線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）介面。它所需要的功率，端視你從基地臺(tái)或是家用路由器所獲得的訊號(hào)強(qiáng)度而定。這不僅與物理距離有關(guān)，在路徑上吸收訊號(hào)的材料數(shù)量也有所影響，例如像是墻壁。

　　將家用路由器放置在靠近窗戶之處，然后朝向街道或花園，你就可以清楚看見其中的影響。你將會(huì)觀察到訊號(hào)的強(qiáng)度逐漸下降，不過只要是在視線范圍之內(nèi)，訊號(hào)就可能持續(xù)好幾百公尺/碼；但若你在幾道墻之后，訊號(hào)傳送距離可能只在路由器幾公尺內(nèi)而已，因?yàn)橛性S多訊號(hào)被墻壁吸收。

　　另一項(xiàng)因素是該區(qū)域內(nèi)的其他Wi-Fi訊號(hào)。假如你試著在主要街道上，或是在接近住宅區(qū)的地方搜尋Wi-Fi訊號(hào)，你將可能搜尋到二十個(gè)或更多的Wi-Fi名稱。要在這個(gè)訊號(hào)叢林中進(jìn)入你所選擇的Wi-Fi路由器，將會(huì)需要更多功率，電池壽命也因而降低。

　　所以，當(dāng)你不使用它的時(shí)候，請(qǐng)把Wi-Fi關(guān)閉，這將可顯著延長(zhǎng)下一次的充電時(shí)間。

　　具備高資料傳輸速率　LTE影響手機(jī)電池壽命

　　在你使用手機(jī)來(lái)進(jìn)行通話，或是使用全球行動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM）、3G或長(zhǎng)程演進(jìn)計(jì)劃（LTE）網(wǎng)路來(lái)收發(fā)電子郵件時(shí)，類似的效應(yīng)也會(huì)開始產(chǎn)生作用。如同使用Wi-Fi般，這些網(wǎng)路依靠基地臺(tái)來(lái)進(jìn)行電話通訊。你的電話一次鎖住一個(gè)基地臺(tái)，在當(dāng)下挑選一個(gè)能提供最強(qiáng)訊號(hào)的基地臺(tái)，并且與它進(jìn)行通訊，甚至當(dāng)你的手機(jī)沒在使用時(shí)也是一樣。

　　基地臺(tái)會(huì)檢查你的手機(jī)是否在范圍之內(nèi)并且開啟，所以它們可以將來(lái)電引導(dǎo)至你的手機(jī)上。假如是在范圍之內(nèi)，手機(jī)則將會(huì)回覆：「是的，我仍然在此」。假如你的手機(jī)并沒有被使用來(lái)通話或是傳送資料時(shí)，這樣的過程會(huì)每15分鐘左右發(fā)生一次。

　　如果手機(jī)正在使用網(wǎng)路時(shí)，使用者有時(shí)可以聽到這樣的過程發(fā)生：這個(gè)訊號(hào)會(huì)在音訊纜線上產(chǎn)生干擾，所以你會(huì)在揚(yáng)聲器中聽到「嘰嘰喳喳」雜訊爆音。即使基地臺(tái)是在范圍內(nèi)，但是來(lái)電者數(shù)量達(dá)到其容量滿載的程度時(shí)，這種情況也還是可能會(huì)發(fā)生。這時(shí)你的電話將會(huì)動(dòng)態(tài)地被引導(dǎo)至另一個(gè)基地臺(tái)，這可能需要有著更多的功率來(lái)存取它，因?yàn)橛嵦?hào)的強(qiáng)度比較弱，這也再一次影響到電池壽命。

　　智慧型手機(jī)現(xiàn)在也有短通訊（Short Communications）以及其他許多有潛力的服務(wù)，來(lái)將電子郵件等資訊「推播」出去。舉例而言，天氣的應(yīng)用程式可能每隔5或10分鐘就會(huì)檢查新的天氣資訊。你可能會(huì)認(rèn)為你沒有「使用」你的手機(jī)，但事實(shí)上它正在為你忙碌的運(yùn)作著，它就像是每天打電話給別人10小時(shí)，而這將從電池消耗掉更多的功率。克服這種狀況的一種方法：就是從你不常使用的應(yīng)用程式中，關(guān)掉自動(dòng)通知的功能，或是停用LTE、3G及Wi-Fi通訊。LTE是迄今為止擁有最高資料傳輸速率的通訊技術(shù)，將從電池取走愈多的能量；GSM或2G則使用較少的能量，因?yàn)橹挥休^少的資料被傳遞至手機(jī)及來(lái)自手機(jī)。

　　當(dāng)你在移動(dòng)時(shí)，事情會(huì)變得更為復(fù)雜，因?yàn)槟銓?huì)變換基地臺(tái)非常多次。這在傳出與接入基地臺(tái)之間，將需要復(fù)雜的通訊來(lái)「換手（Hand Over）」通話或是資料的連接，而這將取用更多的能量，甚至可能在你沒有移動(dòng)的時(shí)候也會(huì)發(fā)生。在人口密集的區(qū)域里，一座單獨(dú)的建筑物可以接收來(lái)自數(shù)個(gè)不同基地臺(tái)的訊號(hào)。當(dāng)你在房間內(nèi)四處移動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)闊o(wú)線訊號(hào)從墻壁反射的路徑不同，因此訊號(hào)強(qiáng)度將會(huì)持續(xù)變化，而被一直強(qiáng)迫移交至不同的基地臺(tái)。

　　避免耗電　螢?zāi)槐彻庠磻?yīng)在需要時(shí)啟用

　　另外一個(gè)智慧型手機(jī)電量之所被快速耗盡的原因在于，相較于傳統(tǒng)手機(jī)，使用者花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看著智慧型手機(jī)螢?zāi)?。在手機(jī)中，螢?zāi)皇窍南喈?dāng)多功率的項(xiàng)目之一，更準(zhǔn)確地說，是手機(jī)使用的液晶顯示器（LCD）背光源所造成的。

　　LCD內(nèi)部導(dǎo)入采電子式控制的彩色濾光片：它會(huì)過濾掉背光板產(chǎn)生的白光。在這個(gè)背光板上有著一些發(fā)光二極體（LED），它們會(huì)在螢?zāi)皇褂脮r(shí)開啟。在此的功率節(jié)約方式是將背光開啟時(shí)間切換至最小值，所有手機(jī)在這項(xiàng)設(shè)定上可被設(shè)定為幾秒至幾分鐘左右。將它下調(diào)至5或10秒，如此你將可以省下許多功率。假如螢?zāi)弧缸儼怠够蚯袚Q至「關(guān)閉」時(shí)，只要點(diǎn)擊任何按鈕就可以將背光切回至開啟狀態(tài)。

　　新世代的有機(jī)發(fā)光二極體（OLED）顯示幕，本身可以發(fā)射出光線，因此不需要背光板；雖然它們應(yīng)該會(huì)更有效率，但同樣的法則也適用：保持顯示幕僅在使用的時(shí)候才開啟。

　　除了使用者本身來(lái)控制智慧型手機(jī)的消耗功率之外，利用手機(jī)軟硬體也可降低功率消耗程度。

　　［@B］不犧牲效能　大小核架構(gòu)降低處理器功耗［@C］ 不犧牲效能　大小核架構(gòu)降低處理器功耗

　　在智慧型手機(jī)中有兩組重要的電腦或微處理器（MPU）：基頻處理器（BB）及應(yīng)用處理器?；l處理器負(fù)責(zé)處理網(wǎng)路事宜；應(yīng)用處理器則是負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程式、音訊、視訊及觸控螢?zāi)弧?/p>

　　LTE基頻處理器是一種極其復(fù)雜且先進(jìn)的裝置，它是使用20～40奈米的半導(dǎo)體制程所制成，換言之，一個(gè)10平方毫米的晶片包含數(shù)億個(gè)電晶體。

　　因?yàn)閼?yīng)用程式成為智慧型手機(jī)的銷售關(guān)鍵，使得應(yīng)用處理器的重要性大幅增加。過去在單一應(yīng)用處理器上僅有一個(gè)微處理器核心，現(xiàn)在可能是兩個(gè)或更多個(gè)，而且通常使用安謀國(guó)際（ARM）架構(gòu)的某些版本（圖1）。這種處理器核心的增加，雖然看起來(lái)很奇怪，但卻有助于功耗下降。

　　圖1　ARM big.LITTLE架構(gòu)僅在有必要時(shí)啟用功能最強(qiáng)大的（Cortex-A15）核心；并由效率極高的Corex-A7核心來(lái)執(zhí)行大部分的工作。兩者都可以被運(yùn)用在四核心處理器上。

　　安謀國(guó)際的big.LITTLE架構(gòu)結(jié)合一個(gè)小的節(jié)能型Cortex-A7及一個(gè)快速的Cortex-A15來(lái)滿足功耗較大的任務(wù)。處理器核心的威力越強(qiáng)大，及所使用的核心越多，則尖峰功率需求就越高。所以這個(gè)A15會(huì)在不需它強(qiáng)大的處理能力時(shí)關(guān)閉，例如當(dāng)你正在講電話或是寫電子郵件的時(shí)候。假如你想要播放三維（3D）游戲時(shí)，則A15就會(huì)啟動(dòng)，因?yàn)锳7可能無(wú)法處理這項(xiàng)工作。

　　應(yīng)用處理器上越來(lái)越重要的部分在于繪圖處理器（GPU），它有助于繪制使用者介面，且是現(xiàn)在智慧型手機(jī)游戲如此流暢、快速的主因。GPU負(fù)責(zé)處理使用者介面、流暢的動(dòng)態(tài)渲染、3D游戲/導(dǎo)航、擴(kuò)增實(shí)境、臉部特征偵測(cè)及手勢(shì)識(shí)別等。

　　介于Cortex-A7這種CPU及GPU之間的差異性在于，CPU比較擅長(zhǎng)于固定的、整數(shù)的運(yùn)算，它無(wú)法快速執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算；然而GPU非常擅長(zhǎng)于浮點(diǎn)運(yùn)算，但是在整數(shù)運(yùn)算上就無(wú)法如CPU那般快速。先進(jìn)的應(yīng)用處理器包含兩個(gè)GPU，而嵌入四個(gè)GPU的處理器則正在開發(fā)中。

　　最新的智慧型手機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)雙核心（如兩個(gè)big.LITTLE核心）以及四核心的應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)。這種開發(fā)的重?fù)?dān)正轉(zhuǎn)移至軟體上：要如何在四核心之間去分配或指派任務(wù)呢？當(dāng)八核心的處理器開始出現(xiàn)之后，這將會(huì)成為更大的挑戰(zhàn)。這個(gè)問題也與究竟多少任務(wù)會(huì)同時(shí)運(yùn)行而有關(guān)。

　　在未來(lái)，更多的任務(wù)將被分配至應(yīng)用處理器，來(lái)創(chuàng)造像是擴(kuò)增實(shí)境這類有效率的高階應(yīng)用程式。這些有著擴(kuò)增實(shí)境的新款應(yīng)用程式，如在手機(jī)照相機(jī)上可發(fā)現(xiàn)到的物件套用情境模式（Lassoing），極具發(fā)展?jié)摿?。這意味著未來(lái)的應(yīng)用處理器將包含著更多個(gè)GPU，以及可能有兩個(gè)或四個(gè)CPU。

　　GPU的高尖峰效能所帶來(lái)的代價(jià)就是：功率。再一次強(qiáng)調(diào)，當(dāng)它不被需要的時(shí)候，這個(gè)GPU可以被關(guān)閉。

　　需要時(shí)才啟用AP　可配置PMIC提高節(jié)能效益

　　在任何時(shí)候，確保僅有絕對(duì)被需要的硬體才能被驅(qū)動(dòng)，這其中的關(guān)鍵系于另一個(gè)元件：電源管理晶片（PMIC）。這個(gè)元件在系統(tǒng)中扮演著如同交響樂團(tuán)中的指揮角色，告訴硬體何時(shí)被喚醒以及何時(shí)進(jìn)入休眠來(lái)節(jié)省能量。這個(gè)PMIC經(jīng)常被分成基頻與應(yīng)用處理器兩個(gè)部分，對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，這在一開始似乎是有違直覺的。傳統(tǒng)上，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是將許多功能，甚至是將許多晶片整合至一個(gè)新晶片中。然而PMIC之所以仍然維持分離，則是有一個(gè)好理由。

　　PMIC必須產(chǎn)生高達(dá)三十組不同的電源供應(yīng)，方能提供正確的電壓及電流組合予基頻及應(yīng)用處理器的不同元件來(lái)使用。藉由提供較低的電壓來(lái)減低處理速度，而不是在所有時(shí)間內(nèi)都以尖峰速度來(lái)運(yùn)行，這有可能可以節(jié)省額外的能量。因?yàn)槟芰康南呐c電壓成正比，因此所節(jié)省的能量相當(dāng)可觀。但重要的是每一個(gè)處理器或是硬體部分都可得到完全正確的電壓，這也就是為何PMIC必須要能夠產(chǎn)生如此多的不同電壓源。

　　供電順序成為另外一項(xiàng)重要的考量（圖2）：工程師無(wú)法在同一時(shí)間或以隨機(jī)的順序，來(lái)開啟三十組電壓。應(yīng)用處理器須在記憶體被供電之前先驅(qū)動(dòng)，且基頻處理器必須在3G網(wǎng)路開啟前先有電源。你也需要以正確的順序來(lái)關(guān)閉元件的電源，且這個(gè)順序必須在手機(jī)啟動(dòng)時(shí)的所有時(shí)間內(nèi)都維持一致。

　　圖2　戴樂格的Power Commander GUI可以針對(duì)任何四核心、雙核心或單核心的應(yīng)用處理器，配置精確的供電順序。

　　手機(jī)有著漸進(jìn)的休眠模式，從輕眠到深度睡眠模式，這時(shí)幾乎所有的東西都關(guān)閉。大多數(shù)這種漸進(jìn)的電源管理，是終端用戶所無(wú)法察覺的。你可能注意到它偶爾會(huì)花費(fèi)比正常更久的的時(shí)間來(lái)完成一定的操作，如像是啟動(dòng)您的網(wǎng)際網(wǎng)路瀏覽器。

　　PMIC也協(xié)調(diào)充電作業(yè)。不同于較舊的消費(fèi)性電子裝置所使用的鎳鎘或鎳氫電池，如果你在第一次沒有完全的放電，這個(gè)記憶將會(huì)減少你可以對(duì)這個(gè)電池充電的量，而現(xiàn)代的手機(jī)多使用鋰離子（Li-Ion）電池，這些電池沒有「記憶」，所以頻繁的對(duì)鋰離子電池充電，除了必須找尋墻上的插座所帶來(lái)的不便之外，并無(wú)任何不利之處。事實(shí)上，經(jīng)常的從較少放電的狀態(tài)下來(lái)對(duì)它充電，反而可以改善電池的整體壽命。

　　然而，對(duì)鋰離子電池充電，其充電原理完全不同于對(duì)一些汽車的鉛酸電池充電。鋰離子電池須要非常小心且須在控制下進(jìn)行充電，甚至是以不同的模式來(lái)充電。電池的充電器分屬于好幾部分：插墻式的充電器、手機(jī)PMIC中的充電電子元件，以及電池本身內(nèi)部。

　　這個(gè)PMIC偵測(cè)到不同的充電情境，例如像是從通用序列匯流排（USB）連接線來(lái)進(jìn)行充電、從墻上插座及無(wú)線充電。它在電池與手機(jī)的電子元件之間分配電源，并決定何時(shí)改變充電模式，以及何時(shí)電池已經(jīng)充飽，所以它可以停止充電程序，或是將它慢下來(lái)，并進(jìn)入涓流模式，如此當(dāng)電話在使用中且還插著充電器時(shí)，電池電量才不至于耗用殆盡。

　　總的來(lái)說，PMIC是智慧型手機(jī)的沈默管理員，努力為你工作，使得兩次充電之間的電池壽命可以極大化，并確保在插著充電器時(shí)能夠獲得正確的充電量。而藉由關(guān)閉浪費(fèi)電量的應(yīng)用程式及模式，你將可以為延長(zhǎng)智慧型手機(jī)電池的使用壽命伸出援手。