恩智浦的新摩尔定律创新成果
恩智浦已经针对新摩尔定律的部件与 IC进行非常积极的开发与销售工作。我们在此将以具体范例说明新摩尔定律如何提供技术开发成果,并藉此创造有趣的商业机会,提升人类日常生活的价值。
消费性电子产品的电源供应器效能
消费性电子产品的电源供应器在全球浪费了大量能源,例如电视机、笔记本电脑,以及桌面计算机,不论是运作或待机模式都会造成浪费。
全球许多国家为了因应这项问题,都立法要求交流电源的功率区块,必须随时维持高效运作,包括待机时的低耗电模式,以及禁止使用传统变压器。要以低廉成本达成上述节能目标,必须采用特殊技术,在运作模式中纳入智能功能,并让客制化的电源装置具有高效率的本质。
恩智浦的绿色芯片“GreenChip”系列产品即是成功范例,不但符合能源之星(Energy Star) 的规范,也减少了电源供应器高达2倍的能源损耗。我们结合了优化的架构与设计,并搭配特殊的半导体技术,从全功率到待机模式,都一样具备节能效果。摩尔定律应用的特点,就是将众多功能整合至单一 IC,不过在此并不适用。我们采用了不同的 IC 技术,以达成优化的整体效能:在主要控制器与功率因素校正,整合高电压装置,并于高电压装置使用高密度与高速低电压控制智能接口功能。最后我们在输出控制器采用低至中电压技术,以在次级高电流控制同步整流器。独特的恩智浦技术解决方案,具备有史以来最出色的变压效率,远超过全球立法规范标准。
照明
由白炽灯转换为荧光灯 (CFL) 或灯管 (TL),最高可节省 80% 的照明电力,目前部分有远见的国家正研拟全面禁止贩卖白炽灯。
传统上,CFL 与 TL 的驱动电子器件,使用独立的电源器件,不过目前也出现不少压力,促使采用整合式解决方案。对专业市场而言,效率与成本无疑是必要条件,不过各种设备需要智能控制功能,链接环境照明与空间侦测功能,因此无线通信与控制成为重要因素。在低成本的 CFL 市场,IC 技术针对减少浪费、缩小体积,以及使用寿命方面,具有相当大的吸引力。IC 驱动器也可以提供强化功能,例如发光阶段控制、频率控制、功率因素校正,以及与传统中断式调光器控制的兼容性。恩智浦的CFL驱动器采用高电压 SOI(绝缘体硅芯片)技术制造,2个电源晶体管则采用半桥配置方式。这种类型技术可以简化设计与上市时间,因此更容易与复杂的管理电路整合,电源控制也不必担心锁存效应(latch-up)的风险。
LED 提供的照明解决方案,具有体积小、适应力强、节省能源、可控制色彩与亮度,以及使用寿命长等特点。LED 照明成本低,并且是高度整合的驱动器电子部件,因此目前受到广泛使用。
LED 灯与白帜灯的效率利益相近,不过运作电压相对较低,因此可提供有效的交流/直流转换,并包括输出与色彩平衡控制等功能。
目前市面上的 LED,已有透过标准 TRIAC 调光调整亮度的产品。LED 驱动器与控制器的进阶发展,目标包括持续降低能源消耗、减少产生热能(可缩小产品体积),以及功率因素校正(调整 25W 以上功率的谐波失真)。
恩智浦其他成功的应用领域,包括移动应用装置的 LED 闪光灯,以及液晶电视的 LED 背光调光技术,可大幅节省能源(超过 50%)。
智能型汽车钥匙
今日的汽车钥匙具有防盗功能,并可透过单向通信进行远程访问。根据最新的开发成果,汽车钥匙已成为结合众多功能与特色的系统。车主可透过钥匙配备的LED,或是显示器以及双向通信功能,只要在操作范围内,就可以于远程检查车辆状态,例如上锁或未上锁。
钥匙的标准化接口采用近距离无线通信(Near Field Communication; NFC)技术,可用于创造进阶功能。举例来说,汽车位置、油量,或是胎压,都可由 NFC 移动电话显示。如果装置包含 GPS 接收器,甚至可以帮助车主找到汽车。同样的标准化接口,也可以在加入安全部件(例如恩智浦 SmartMX)后,利用汽车钥匙支付款项。
进一步扩展汽车钥匙功能的选项众多,并可透过现行技术的智慧整合实现,例如成熟的 CMOS、高电压、模拟、射频、MEMS,以及先进封装等技术。
低温链:食品安全与保存
全球每年浪费的易腐性产品,总金额高达 350 亿美元,其中包括食物、饮料、鲜花、药品、疫苗、血液以及化学药剂。
所谓的低温链,是指这类产品由生产、运输、储存,以及送达消费者的供应链,全程冷藏处理并进行掌控。
藉由在产品上加装智能标记,可以避免许多的浪费。产品与容器上的 RFID 标签,包含各种传感器,例如温度、湿度、O2/CO2 浓度、酸碱值,或是光线强度。若能实时监控这些数值,就可以在偏离安全值时启动警告。如果能早期发现产品接近过期日,就可以确保产品安全,避免浪费。智能标记可让运筹物流工作更符合成本效益,也减少了储存空间。
近距离无线通信 (Near-Field Communication; NFC)
近距离无线通信技术近年来逐渐引人注目,有越来越多的机构例如银行、交通运输业者以及手持装置制造商,都希望在自己的业务中整合这项技术。不过由于业界缺乏统一标准,阻碍了手持装置制造商与移动业者全面应用NFC的发展。
恩智浦是近距离无线通信技术的共同发明者,我们已持续带领业界建立标准,并打造业界厂商的生态系统,以带动标准增加应用。恩智浦了解社会日趋复杂,消费者需要具备多重功能的装置协助简化生活,因此最近推出了首款标准化芯片,刺激市场需求。
推出新芯片的目的,在于因应部分阻碍 NFC 技术的问题,将 SIM 成为 NFC 装置的关键零部件,确保非接触式交易的安全,并提供 NFC 应用方式。不过恩智浦并不认为 NFC 的应用仅限于手持装置,因此我们与重要的 OEM 厂商合作,要将这项技术整合至更多不同的装置,例如笔记本电脑以及数字相框,以提升各种媒体的点对点分享功能。
虽然 NFC 至今仍未成为主流技术,不过接下来的 12 个月,将是 NFC 准备大展身手,实现潜能的关键时刻。
医疗应用装置的超低功率技术
医疗电子产品是半导体发展最快速的领域之一。恩智浦的超低功率解决方案,以磁感应无线电技术以及 CoolFlux DSP 作为基础,发展成最新的助听器产品。我们芯片支持的数据速率最高可达 298 kbps,并具备双向通信功能,可创造新型应用,例如立体声音讯串流以及双耳处理等等。MP3 播放器或移动电话,配备集线器后即具备无线联机能力,可轻松联机至助听器。此外短距离(小于 50cm)的磁感应无线电信号,相较于射频信号可节省更多能源,通过身体组织时,信号强度降幅也相当有限。磁感应无线电信号与人体组织的互相作用,也远低于传统的射频信号,因此可降低组织伤害的风险。
其他的超低功率医疗应用,包括监控生命功能的体内传感器、神经刺激与疼痛管理的应用装置,以及心律管理装置。以上都是新摩尔定律技术的成功范例,让我们提升生活质量,而不是加快步调。
智能型电子计量
过去用于计量屋内电力、瓦斯、水量以及热能消耗的电机式装置,从上世纪90年代开始,已逐渐更换为全数字的电子式计量装置。这类计量装置多半具有通信功能,可连接至所谓的智能计量网络,例如自动读表 (AMR) 或先进读表基础建设 (AMI) 网络,都属于智能型计量。
市场中主要的动力是电力计量。AMR/AMI 可以让电力供货商降低帐务成本,并能更有效的管理电网尖峰负载;这是影响业界成本与能力的关键因素。
目前对电力、瓦斯、水,以及热能的计量装置需求,已经开始增长。政府持续推动采用智能型计量,因为消费者可藉此更了解本身的能源消耗模式,进而降低能源消耗。另一项加强利用现行发电容量的方式,就是减少 CO2 排放。
未来几年内,智能型计量装置将发展为家庭网关,作为建筑的控制装置,连接所有室内计量装置(瓦斯、水、热以及电力),并可透过双向通信功能,提供其他服务,例如保全或警报。
恩智浦正在提供关键的半导体部件,因应这个增长市场的需求,例如专用的电子计量微控制器、实时频率、标准驱动器,以及逻辑 IC 与离散部件等标准产品;此外恩智浦也提供接触式与非接触式卡片阅读机 IC,应用于预付型电子计量解决方案,以及短距无线通信的 IMS 频收发器。
车用资通系统
智能型交通系统可大幅改善移动能力、减少交通阻塞,并且更具有永续能力。欧洲在道路收费与税务系统的采用上展现了强大的驱动力。政府预期由此产生的营收具有高度的吸引力,特别是在目前经济困难的年代;而道路收费基础建设,也可用于因应移动能力与生态驾驶(eco-driving)的挑战。
安全要求日渐增加,因此也需要更快速的反应紧急事件。欧洲紧急事件通报中心 (The European Emergency Call; eCall) 是欧洲政府著名的创新方案,所有欧盟地区销售的车辆,都必须安装 eCall 功能。这些发展工作,需要低成本的车用资通系统解决方案。为了达到最低限度的系统成本,需要采用最小型的全新架构。恩智浦为了因应这项需求,设计了第一代的车用单元平台,称为 ATOP 2.5G。这是一种多核心完整解决方案,应用于车用资通系统,结合了 GSM/GPRS、GPS、SRAM 以及闪存,并配备 ARM7 微控制器,提供 CAN、USB 以及多重序列的处理器间总线、安全控制器 SmartMX(安全程度符合银行标准),以及 NFC 标准的 FRID 接口。以上所有功能都容于 BGA 封装,面积为 31mmx31mm,高度则不到 3mm。
这项装置不论是成本、外型规格、车内联机能力以及耗电量,都处于最佳状态,并配备完全整合的标准软件,保证通过 GSM 认证,并符合汽车业界标准与质量以及政府要求。
基地台
移动通信是人类的基本需求,随时随地都可进行通信。手持移动电话的惊人增长,反映出这种现象,并且不仅是应用于通话,也逐渐增加对移动上网的需求。这股增长趋势,与全球无线基础建设的快速扩张,可说是相辅相成。基地台必须提升数据流容量至客户(电池容量),这造成 3G 与 4G 系统使用更复杂的信号调节,因此需要更高的输出功率。
社会持续关注能源消耗与 CO2 排放的问题,因此要求基地台必须提升能源效率。不过这项要求,与上述更复杂的信号调节,以及更高输出功率的发展方向互相冲突。
恩智浦为了因应完全不同的需求,正在开发部件应用于基地台的收发端,例如数据转换器(DAC 与 ADC)、使用小型信号区块(混波器、LNA、VGA …),以及射频功率晶体管。恩智浦的 RF-LDMOS 技术应用于功率放大器,可在 3G、LTE 以及 4G 等先进的复杂信号调节应用装置中,提供最优异的效能,并拥有最出色的能源效率。恩智浦还将推出 GaN 技术,继续创造更为优异的效能。
恩智浦之后将投资研发功率放大器架构,以进一步降低能源消耗,例如所谓的“integrated Doherty”,这是一种整合式的先进放大器,是射频功率领域的首款产品,即将由恩智浦推出。
就长远观点而言,由于因特网与随选移动电视对带宽的大量需求,基地台的电池容量将持续大幅提升,这将需要更多先进系统,例如相位数组基地台。恩智浦正在研究高效能的建构基础,以实现上述基地台。恩智浦因为拥有所有的先进技术,才能继续领导开发未来的基地台。