便携式设备创新发展道路

回顾“便携”内涵的变化，你会发现便携式电子产品的概念在这十年中已有了颠覆式的改观。十年前能够塞进裤兜或别在腰间就堪称新潮，而现在则差不多要放进上衣口袋甚至带在手腕上才够“酷”。集成电路十年来的发展所遵循的“摩尔定律”成就了这一市场的拓展，集成度越做越高的同时，芯片越做越小，其结果是更低的功耗和更低的成本。

　　德州仪器DSP市场开发经理郑小龙指出：“在可预见的未来若干年内，这一规律还将延续，这不能不说是便携式数字信息产品发展的福音。差不多所有的便携式产品，都面临如何更有效地延长电池寿命，以及如何充分增强个性化设计的需求。在便携式新产品研发方面，如何有效缩短产品开发周期，加速产品的更新换代速度，则是能否赢市场成功的关键。”

　　便携式设备处理器--更高性能与更低功耗的矛盾统一体

　　作为便携式设备的核心，便携式设备的处理器平台是便携式设备提供丰富多彩功能的保证。终端消费者不断提出的新需求是推动便携式设备处理器不断发展的原动力。目前，用户对未来的便携式设备的要求就是希望能享受到更多的功能，包括游戏、音频、视频和连接等，并希望这些功能还能够集成在一起。比如游戏可能是下载的Java游戏，音频可能有MP3、WMA、RM等标准，视频有MPEG-4、H.264, Microsoft VC-1等标准，而连接方式则可能有Wi-Fi、蓝牙、红外线等多种方式。ARM中国区总裁谭军指出：“要实现这众多的功能，对CPU的要求自然就更高了。而在实现这些功能的同时，用户还希望便携式设备的价格能够越来越低，当然也不能因为功能越来越多其功耗也越来越大，否则动不动就要充电是用户难以接受的。”

　　便携式设备实际上正走向深度融合---成为一种多功能的载体。飞思卡尔半导体无线及移动系统部移动多媒体市埸经理梁耀光则表示：“技术融合仍在影响我们每一个人。在过去几年中，我们可以看到很多不同功能(如MP3、视频播放、照相机、3D游戏和手机电话)都融合到一个设备中。越来越多的功能(如WLAN和DVB)都将集成到便携式处理平台中，从而增加便携式设备的内容。”

　　实际上，除了要面对满足越来越多融合需求外，便携式设备处理器还面临更多需求。郑小龙以及Philips 便携式视频产品营销经理Dirk-Jan Riezebos的都表示便携式设备处理器除了考虑提高性能外，还要考虑低成本、低功耗、轻便小巧等多个因素。

　　由此可见，现今的便携式设备处理器实际上正面临巨大的挑战，一方面要以卓越的性能实现丰富的功能吸引更多的消费者，但反过来不断扩大的消费群体又提出了新的需求迫使处理器去不断提升性能，同时处理器设计师还要不断考虑如何降低处理器的功耗、尺寸、成本等更多难题，在这种不断攀升的技术循环中，如何以创新式的技术革新将这种技术循环跳过不断追求提高性能的死胡同，走入良性的发展道路是领先的处理器供应商考虑的问题。

　　目前，便携式设备中有80%的处理器都基于ARM内核，许多处理器都是在这个内核的基础上通过增加外围功能来突出独有的功能和特色的。如ST的Nomadik多媒体处理器是基于ARM926内核，然后添加了视频和音频加速器突出了其多媒体方面的特色。所以通过了解ARM内核的变化我们可以把握未来便携式处理器的趋势。

　　为了能够在便携式设备中实现多种标准的音频、视频功能，ARM公司开发了OptimoDE数据引擎技术，该技术适用于所有领先的多媒体应用软件编解码器。而ARM最近新推出的OptimoDE Audio Edition嵌入式数据处理技术又为嵌入式设备中的数字音频提供优化。通过OptimoDE技术，设计者能够便捷地在系统中实现多种音频、视频标准的集成和兼容，同时实现高效处理和低功耗。

　　但是，随着便携式设备功能的日益丰富，单一的处理器终将面临性能与功耗的难以折中问题，而多核技术将是有效的解决之道。目前已经看到的是有多处理器的平台已经出现，以移动电话为例，从模拟制式向数字制式转移时，双核结构(一个微处理器+一个DSP)成为必然的选择。后来由于要融合更多的功能--蓝牙、WLAN、MP3、GPS等，迫使移动电话的处理器平台必须有独立的应用处理器来实现这些融合的功能。未来随着半导体工艺技术的发展，处理器中将基成多个内核。ARM的谭军强调：“随着用户对便携式设备功能、价格和功耗的要求不断提高，单MCU系统将会慢慢地为多MCU系统或者多核单MCU系统所取代。这一趋势已经在某些便携式设备中得以体现，比如iPod中就已经有多个MCU了。这一趋势将使设计的复杂度降低，加快产品上市时间，并且能够在便携式设备中实现更多的功能，同时降低成本和功耗。ARM最新的ARM11 MPCore正是为满足这一趋势而开发的最新的多核处理器系列。”

　　多核技术并不陌生，从2004年开始，Intel就倡导在个人PC领域推广多核技术，并推出了针对个人PC的多核处理器。而今年2月，Sony和IBM公布的Cell处理器实际上是有9个处理器组成的超级芯片。该芯片主要瞄准消费电子领域。

　　多核技术的优势是在提供性能的同时将功耗降低。ARM的谭军表示：“基于ARM11的处理器明年的速率会达到1.5GHz,也就是目前P4的处理性能，但其功耗却只有P4的百分之一还不到。”

　　不少便携式设备处理器供应商已经推出了多核架构的处理器产品。飞思卡尔的梁耀光强调：“飞思卡尔的i.MX31和i.MX31L已于2005年6月初面市，这两款产品均基于ARM11(tm)平台，通过飞思卡尔的Smart Speed技术得到增强，532 MHz 的i.MX31应用处理器能够利用并行处理，以相当于3 GHz处理器的性能运行。”

　　Intel亚太区无线技术发展中心经理朱京甬也表示：“Intel于近日在欧洲发布了新的Xscale处理器，该处理器也采用了双核架构。”

　　当然，在提高处理器性能的同时也要考虑如何提高处理器开发的高效性，TI的郑小龙则表示：“针对那些专用便携式设备，单一的DSP处理平台依然能以其高速度、低功耗和低成本的特性，有效实现大量复杂运算，因此也是一个极为实用的核心引擎。越来越多的新技术在以软件的方式展现出来，而无论是SOC还是纯DSP都是理想的承载平台，那么谁能够掌握有效的开发手段，谁就更有机会获得新技术的成功。TI的eXpressDSP的开发理念贯穿SOC和DSP软件开发的整个过程，对于最终成功开发出便携式产品具有重要作用，特别是新近将推出的Code Composer Studio 3.1更是超平台集成开发平台，首次同时支持TI各种系列DSP平台，也包括SOC系列平台，将极大降低产品软件系统开发调试的难度。”

　　另外，随着音视频应用在便携式设备中的普及，便携式设备处理器也将考虑对内容版权的保护。谭军就指出：“随着用户在便携式设备上能够获取的音频、视频内容的不断增加，数字版权保护和系统安全问题也是一个相当大的挑战。便携式设备使用过程中的版权和安全问题也将越来越得到重视，例如与iPod配合使用的iTune，就是这方面的一个成功的例子。除了通过软件实现这一功能，如何将对版权和安全的保护措施整合到硬件及软件系统中，也将是未来便携式设备设计者所必须考虑的一个非常重要的问题。”

　　SigmaTel亚太区副总裁Jose Lau也表示：“最大的挑战在于付费音乐内容下载的数字版权管理(DRM)方面，另外，便携式音频处理器供应商也面临支持低解析度运动视频方面的挑战。”他透露SigmaTel今年晚些时候发布的下一代音频处理器将采用ARM9内核，可提供更丰富的功能。

　　工艺升级是提高处理器性能的有效方法，目前，许多便携式设备处理器供应商积极通过采用新的工艺技术达到提高性能、降低成本、功耗和尺寸的目的，如珠海炬力总经理赵广民表示：“炬力正在致力于0.13um工艺的发展，同时努力提升MCU和DSP的处理能力，并降低功耗，将MCU+DSP的综合平台打造的更加有灵活性。”Philips也表示将通过工艺升级提高其Nesperia处理器的综合性能。

　　便携式存储技术--更大容量、更快效率是主旋律

　　存储技术也是便携式技术中的一个重要分支，容量巨大，轻便小巧的存储设备将使便携式设备携带更方便，也使用户体验到更多精彩内容。因此，便携式设备的存储技术的发展也是惊人的。目前，便携式设备主要采用基于微型硬盘的存储和基于闪存的存储方式，这两种存储技术各有优缺点，所以将在一段时间内共存。

　　Agere杰尔系统存储事业部策略分析师Jeff Janukowicz表示：“存储市场一直保持了高速增长，预计到2008年以前，消费电子产品中的存储设备的年增长率达到了42%。不断提升的存储需求意味着要不断提高存储容量，1英寸硬盘相比闪存的优势更低每Gb存储成本，由于基于不同的应用，在移动消费领域，1英寸的微型硬盘将和闪存共存。”

　　不过，虽然CCID预测未来在便携式音频播放器领域，基于闪存的存储方式将占主导。但微型硬盘和闪存的竞争将继续演进，Jeff表示：“微型硬盘制造商目前关注的重点是通过提升信噪比来提高性能、通过采用低漏工艺技术(low-leakage)来降低功耗、通过采用IP复用和提升集成度来降低成本、通过降低工作温度来提高支持恶劣工作环境的能力等。”

　　他表示今年2月Agere已经推出了针对1.8英寸、1英寸、0.85英寸大小微型存储的驱动芯片组，该芯片组包括前置放大器、马达控制器、硬盘控制器等，其读出和写入的速度达到了每秒350Mb。

　　东芝公司同时提供微型硬盘和闪存芯片，东芝电子亚洲有限公司总经理潘润湛表示：“便携式设备终端消费者不断追求更大的容量，虽然有时容量大到他们难以管理的地步，但他们对容量仍孜孜以求。比如，有的MP3容量高达20G，可以存储数千首歌曲，消费者怎么能听这么多歌曲?”

　　他表示东芝公司会考虑在微型硬盘和NAND 闪存之前做好平衡。虽然我们相信NAND闪存的需求会超过微型硬盘，但在大容量和成本方面，微型硬盘仍有优势。不过闪存的优势也很明显，就是功耗低和无噪声。他强调东芝不断开发针对NAND闪存的先进工艺技术，目前采用的是70nm工艺，未来将采用60nm工艺技术。在封装上也从SLC向MLC转移。

　　他表示东芝也积极开发外部存储卡，如SD卡、mini-SD卡、微型SD卡等。他指出由于有些便携式设备制造商不希望自己制造的设备有大的存储装置-因为这样有可能增加成本影响销售，所以他们的设备带有支持外部存储卡的接口，而用户也愿意给便携式设备购置自己喜欢的存储装置，所以这个市场潜力巨大，一个便携式设备可能配有多个外部存储卡装置。[!--empirenews.page--]电源管理-节约库仑的艺术

 

　　电源管理是便携式设备不可忽视的重点，便携式设备电源管理的目标是降低便携式设备的用电量，尽可能延长电池的使用寿命。在这方面，便携式设备处理器供应商和电源器件供应商都在积极探索更有效的电源管理技术。

　　ARM的智能能源管理(Intelligent Energy Manager)技术通过与操作系统和应用程序的合作，能够根据需要动态地调整CPU性能，从而实现对能源的智能管理，显著地降低了便携式设备在使用过程中的功耗问题。

　　飞思卡尔的i.MX21应用处理器即使在进行多重作业时，也可以延长电池的使用寿命。这要得益于飞思卡尔的Smart Speed技术――它意味着用户能在电池耗尽之前完成所有工作。

　　在i.MX31/31L中飞思卡尔采用了更高级电源管理工艺技术，例如：自动动态电压和频率变换(DVFS)、动态处理温度补偿(DPTC)、有源偏移(Active well-bias)和电源闸控。

　　Intel的PXA27x则加入了wireless MMX技术和SpeedStep动态电源管理技术，不但大大增强了PXA270的媒体处理能力，而且极大降低了系统功耗，延长PMP产品的电池寿命。

　　除了通过处理器降低功耗外，降低其他元器件的功耗也是必须的。凌特公司电源产品部产品市场经理Tony Armstrong指出数码相机、MP3 播放器、GPS 接收器和PDA 等便携式产品大都通过AC适配器、USB 线或锂离子电池提供电源。在这些电源之间的电源轨控制是一个很大的技术挑战。直到最近，设计师还是通过分别采用多个 MOSFET、运算放大器等实现这个功能，但同时却需要面对热插入及巨大的浪涌电流等问题，而这将引起很大的系统问题。

　　他表示大部分以电池供电的便携产品采用专用集成电路(ASIC)来解决电池充电、电源路径控制、提供多路供电以及实现如真正输出断接和精确USB电流限制等保护功能。采用这种方法的原因显而易见，因为这样用一个器件就可以满足所有电源管理需求。可惜的是，这种方法同样有缺点。首先，ASIC是通过特定晶圆制造工艺而制造，因此难以为各项功能实现性能最优化。其次，ASIC的定义和开发周期通常很长，在要求设计周期短且动态变化快的今天，这一问题变得越来越重要。从概念到出货，电源管理ASIC往往需要用上一年半时间。而在此期间，某一产品的设计需求可能已经变化了三次了。

　　随着便携式设备处理器工作电压不断降低，电源管理也面临新的挑战。Tony Armstrong指出亚微米的CMOS制造工艺，把CPU 和 DSP 电压降至 1V 以下。这要求新一代电源转换集成电路的电压输入必须很低，而且提供的输出电压也要低于 1V，同时还要具有相适应的输出电流、高转换效率、低噪声及扁平紧凑的引脚。随着 DSP 核心电压降至 1V 甚至更低，更需要以低电压提供电源。

　　除了在处理器方面进行有效降低功耗外，便携式设备的显示方面的节电潜力尤其不能被忽视。目前，多数便携式设备开始采用TFT LCD来显示显示用户所需的不同类型信息和数据。制造商所面对的挑战是确保用户能在各种环境下从显示屏上阅读到信息。为了实现这个目标，他们必须为彩色 LCD 提供适量的背光。背光通常由白光发光二极管(LED)产生。同样，这也要求用一种紧凑、有效和低噪声方式为这些 LED供电。

　　不过，电源管理在采用新技术的同时也带来了新的问题，这是便携式开发人员要引起注意的。例如目前许多新型的电池供电型便携式设备用开关电源取代了线性稳压器，从而延长电池寿命。不过，这也引发了新的设计问题，因为蜂窝手机有噪声敏感的无线电路和板上敏感的 RF 接收器。噪声发生器(开关电源)和噪声敏感电路的结合可能会产生干扰。

　　传统的解决方案是将噪声发生电路和噪声敏感电路分离开来。但由于目前的便携式设备多将所有部件紧密封装，所以这种方法已经不可行。采用屏蔽方法则无论在成本上还是体积上都行不通，传统的开关电源是将噪声能量集中到窄带谐波中。然而，一旦其中一个谐波与敏感频率相一致(例如，接收器中频频带)就可能导致干扰。

　　凌特的Tony Armstrong指出已经成功实施的一个技术是通过扩展工作频谱使开关频率能通过伪随机数(PRN)序列进行调制，从而去除窄带谐波。凌特的LTC3251可在芯片上可实现扩频操作。

　　便携式设备的电源管理还涉及存储、软件的操作和漏电的控制等多个因素，都需要设计师仔细考虑。

　　显示--绚丽真彩时代已经来临

　　从单显到多彩再到目前的真彩显示乃至未来的OLED显示，绚丽多姿的显示画面让便携式设备增色不少，目前，就连MP3音频播放器也开始采用OLED显示方式，可见显示的重要性。

　　现今便携式设备主要的显示方式是采用STN和TFT LCD，在手机领域，主要的显示方式还是color STN。但在数码相机领域，主要采用TFT LCD显示，而且在2003年，柯达就推出了采用OLED显示的数码相机。作为公认的未来显示主流技术，业界对OLED渴望已久。“但OLED的缺点是寿命短，目前只能达到5000小时。”信利半导体公司一位负责人表示。

　　由于在亮度、对比度、色彩、厚度和功耗方面有出色的表现，消费者对OLED仍表示了期待。许多便携式设备器件供应商如处理器供应商、电源器件供应商都对OLED表示了支持，纷纷宣布自己的产品支持这新兴显示方式，但专利和寿命制约了该技术的发展。市场上只有为数不多的便携式产品采用这一显示方式。

　　但OLED市场还是保持了高速增长势态，iSuppli的数据显示，2005年OLED面板的销售收入将较2004年增长50.7%，达到6.15亿美元。销售量将再次几乎翻番，达到6000万部。而到2011年，OLED面板的销售量将增长到3.41亿，销售收入将达到29亿美元。

　　不过，随着2005年柯达的几项重要材料专利将过期，该公司正逐步开放其专利，随着越来越多的公司加入OLED的生态链，预计其大规模普及已经为时不远了。

　　嵌入式软件----让便携式设备变得更加智能

　　如同PC软件一样，嵌入式软件的应用将使便携式设备变得更加智能。通过软件，便携式设备将实现更多丰富的功能。

　　目前，在便携式设备中应用最多的还仅是操作系统。现今，主要有四大操作系统应用于便携式设备，它们是Symbian、Linux、Palm OS 和微软的Windows Mobile，最新的统计数据显示，在智能手机领域，应用最多的还是Symbian，市场占有率超过了76%，但是Linux操作系统增长很快，已有去年的3.4%增长到13.7%，成为第二大操作系统。

　　随着消费电子设备日益智能化，操作系统软件的左右日益凸现。全球软件巨头微软近日就与东芝合作，欲将其Window CE应用于消费电子设备高清DVD中。微软还希望开发软件支持家用消费电子设备之间的互操作和组网。

　　便携式设备作为最常用的家用设备，未来其操作系统应当考虑这些需求。奇趣科技移动及嵌入式解决方案部产品总监Adam Lawson表示：“便携式设备操作系统关注的重点主要是小型化、多任务、易用性、易于下载/安装/移除第三方应用软件、组网、多媒体支持、游戏、数据共享、安全和防病毒等。”

　　他指出，便携式设备操作系统未来的发展趋势是：操作系统供应商会开发或集成他们自己的软件开发工具，设备供应商会寻找可扩展的、互操作性好的、兼容性好的操作系统，这个操作系统还要能不同设备和芯片上工作;更快更低成本的硅架构会青睐Linux解决方案;而Linux会走向成熟并解决互操作性问题。

　　他表示奇趣科技的Qtopia嵌入式Linux解决方案可以提供通用性的应用平台，也可以用于特定的垂直市场，可在功能、效率、软件大小方面提供很好的折中。