手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、筆記本、平板電腦等行動(dòng)型設(shè)備使人們的辦公、娛樂(lè)、通信越來(lái)越便捷，這離不開(kāi)電池技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，電子設(shè)備越來(lái)越小型化的設(shè)計(jì)，也驅(qū)使電池技術(shù)向大容量和小型化進(jìn)行演變。

　　鋰離子電池材料技術(shù)發(fā)展緩慢,導(dǎo)致商用化鋰離子電池能量密度的提升難度較大。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),使得智能終端設(shè)備的外形向超薄、超輕的便攜式發(fā)展,為智能終端電池容量和設(shè)備續(xù)航帶來(lái)了挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)智能手機(jī)設(shè)備的功耗分布和各硬件要素的技術(shù)迭代研究,分析了未來(lái)智能終端整機(jī)的功耗趨勢(shì)和空間設(shè)計(jì)趨勢(shì)。分析表明,智能終端設(shè)備顯示屏的功耗占整機(jī)功耗的主要部分,采用像素渲染技術(shù)可以有效降低顯示屏模組的邏輯功耗和背光功耗,同時(shí)整機(jī)印制電路板(PCB)上硬件元素的不斷集成,PCB走線工藝能力越來(lái)越精細(xì)化為電池的體積留出更多的空間。智能終端產(chǎn)品中的多種硬件元素協(xié)同優(yōu)化,可以有效實(shí)現(xiàn)可靠的續(xù)航能力。

　　智能終端產(chǎn)品功耗分析

　　以手機(jī)產(chǎn)品為例，手機(jī)整機(jī)的組成主要以整機(jī)印刷電路板(PCB)為基礎(chǔ)，電池直接為PCB供電，PCB承載基帶芯片、射頻芯片、系統(tǒng)級(jí)芯片SOC、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM及其他功能模塊，顯示器、攝像頭、指紋識(shí)別及其他硬件模塊以柔性電路板FPC的形式與PCB板相連。

　　以數(shù)字邏輯電路為主的芯片性能隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而提高，同時(shí)其功耗逐漸降低。這得益于工藝制成的進(jìn)步、硬件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的更新、芯片架構(gòu)的升級(jí)、晶體管器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等。如：高通驍龍835處理器的功耗是早期驍龍801芯片的1/2，蘋(píng)果A10處理器是早期A5處理器功耗的1/5;同理，RAM和ROM會(huì)不斷提升數(shù)據(jù)的傳輸速率，降低功耗;互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器芯片也會(huì)隨著器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在提升分辨率的同時(shí)降低芯片功耗。

　　但以模擬電路為主射頻芯片，隨著通信技術(shù)的發(fā)展以及信號(hào)頻率的提升，射頻芯片的功耗呈上升趨勢(shì)，未來(lái)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)時(shí)代到來(lái)，射頻芯片的功耗將會(huì)進(jìn)一步提升。

　　此外，顯示屏分辨率的提高直接影響了顯示模組的功耗，液晶顯示器由背光和液晶顯示面板組成，所以其功耗主要由液晶面板的邏輯功耗與背光功耗組成，若顯示屏的尺寸增大，就要提升背光的亮度滿足整體面板的光強(qiáng)，若顯示屏的單位英寸像素個(gè)數(shù)(ppi)提高，則面板的像素開(kāi)口率下降，也需要提升背光的亮度來(lái)滿足整體面板的光強(qiáng)。

　　體驗(yàn)痛點(diǎn)意味著市場(chǎng)機(jī)遇，在終端硬件競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入平穩(wěn)期后，電池續(xù)航能力成為一個(gè)重要的焦點(diǎn)，終端產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方競(jìng)相研發(fā)低功耗新技術(shù)與新方案。本文從產(chǎn)業(yè)鏈視角，剖析智能手機(jī)、可穿戴及IoT終端產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為解決續(xù)航問(wèn)題正在或者即將開(kāi)始應(yīng)用的新技術(shù)與新方案。

　　電池續(xù)航技術(shù)改進(jìn)分析

　　可穿戴及IoT終端的功能則一般相對(duì)簡(jiǎn)單，業(yè)界從一開(kāi)始就采用低功耗技術(shù)。

　　1.芯片及傳感器低功耗方案

　　由于可穿戴及IoT終端所需的計(jì)算處理能力相對(duì)較低，芯片方案多采用MCU形式，少數(shù)如智能手表、智能眼鏡則采用低端的手機(jī)芯片處理器。

　　不管是ARM架構(gòu)的Cortex M系列(針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，ARM Cortex M系列又細(xì)分為M0-M7)還是MIPS架構(gòu)的MCU，設(shè)計(jì)之初面向的就是低功耗領(lǐng)域，芯片單核、主頻較低，多數(shù)僅有幾十兆赫茲，與動(dòng)輒8核，上G赫茲的手機(jī)芯片相比，天生功耗較低。

　　可穿戴及IoT終端中采用的傳感器，例如加速計(jì)、陀螺儀及其它專業(yè)傳感器等本身的功耗較低，主要是與MCU一起進(jìn)行整體低功耗方案設(shè)計(jì)，器件本身并未為此進(jìn)行特別處理。

　　2.無(wú)線連接針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　車聯(lián)網(wǎng)、野外監(jiān)測(cè)等終端需要進(jìn)行無(wú)線通信，但速率、頻次等要求較低，手機(jī)上采用的無(wú)線模塊如果用在這類終端，則會(huì)出現(xiàn)功耗、性能過(guò)剩、成本高等問(wèn)題。面向物聯(lián)網(wǎng)終端，3GPP組織在R12中發(fā)布了Cat.0[6]。為了降低設(shè)備復(fù)雜性和減小設(shè)備成本，Cat.0定義了一系列的簡(jiǎn)化方案，主要包括：采用半雙工FDD模式(Half duplex FDD);減小設(shè)備接收帶寬到1.4MHz，當(dāng)然，也可以擴(kuò)到20MHz;單接收通路，取消RX分集雙通路;保持低速數(shù)據(jù)速率。簡(jiǎn)化方案不僅降低了速率需求，處理器計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力也相對(duì)降低。在R13版本還會(huì)有進(jìn)一步的優(yōu)化，比如取消發(fā)射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的帶寬，支持更低的數(shù)據(jù)速率等等。

　　3.低功耗整體方案

　　可穿戴及IoT設(shè)備產(chǎn)品的解決方案主要通過(guò)低功耗藍(lán)牙、低功耗Wi-Fi、低功耗GPS、低功耗的3G/4G模塊與MCU(或其它低功耗主控芯片)、傳感器等硬件整合設(shè)計(jì)的成套方案。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，主要芯片方案廠商提供BLE+MCU、Wi-Fi+MCU、GPS+MCU、 Zigbee+MCU等低功耗解決方案。在這些無(wú)線連接技術(shù)中，都要“死磕”功耗這一難題。

　　4.算法優(yōu)化

　　可穿戴及IoT終端在硬件低功耗的同時(shí)，軟件算法也是降低功耗、優(yōu)化續(xù)航的重要手段。MCU動(dòng)態(tài)休眠算法、計(jì)步算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)交互算法優(yōu)化等都可以優(yōu)化終端功耗。

　　智能終端續(xù)航體驗(yàn)提升未來(lái)可期

　　如前文所述，智能終端續(xù)航體驗(yàn)瓶頸的根本原因是手機(jī)電池需求過(guò)快增長(zhǎng)與電池續(xù)航技術(shù)更新緩慢之間的矛盾日益尖銳。在電池需求層面，隨著智能手機(jī)硬件升級(jí)進(jìn)入平穩(wěn)期，用戶的耗電需求提升增長(zhǎng)趨緩。未來(lái)續(xù)航體驗(yàn)的提升關(guān)鍵看續(xù)航技術(shù)的發(fā)展，除了上述所講續(xù)航新技術(shù)革新外，柔性電池與固態(tài)薄膜鋰電池的不斷成熟，將為智能終端形態(tài)的演進(jìn)與續(xù)航體驗(yàn)的提升帶來(lái)福音。整體上，隨著智能終端續(xù)航新技術(shù)方案的普及與新材料的應(yīng)用，智能終端續(xù)航體驗(yàn)的提升前景可期。