丁德政

摘 要：隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，智能手機逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯谋貍涔ぞ撸悄苁謾C除了人們進行日常工作交流、傳輸信息之外，還豐富了人們的休閑娛樂業(yè)余生活。隨著手機應(yīng)用的不斷更新，智能手機的硬件功耗不斷成為人們的關(guān)注點，也逐漸成為生產(chǎn)商的新型發(fā)展方向。本文通過對智能手機的硬件結(jié)構(gòu)進行敘述，進一步分析手機功耗較大的原因，最后論述降低手機功耗的設(shè)計方法，希望可以為智能手機生產(chǎn)商提供技術(shù)理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：智能手機；硬件系統(tǒng)；低功耗

中圖分類號： TN07 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）06-150-2

引言

智能手機在市場上的首次出現(xiàn)，就受到了廣大消費者的青睞和認可。智能手機在操作、系統(tǒng)，以及軟件的多樣化應(yīng)用上豐富了人們的業(yè)余生活。在早間、晚間的地鐵車站，隨處可見排隊等車的上班族拿著自己心愛的手機搜索自己想要知道的信息。智能手機的應(yīng)用不斷更新豐富使得手機的功率消耗成為用戶體驗過程中的首要問題，需要通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)改變調(diào)整。

1 簡述智能手機硬件結(jié)構(gòu)

現(xiàn)今市場上大眾化的智能手機產(chǎn)品在手機的硬件結(jié)構(gòu)上存在著一定的共同點。關(guān)于智能手機硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中損耗最大的部分主要是指手機的主處理器部分、無線Modern部分、傳聲器部分、揚聲器部分、LCD部分、以及背光燈部分等。主處理器部分主要負責(zé)控制智能手機的整個系統(tǒng)，一般助力器皆采用開放型的操作運行系統(tǒng)，通過數(shù)字基帶控制芯片進行語音信號的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)A/D或者反向的語音轉(zhuǎn)換，可以對編解碼、無線貓進行時間順序上的控制。具有先進內(nèi)核技術(shù)的CPU芯片可以幫助主處理器在實現(xiàn)長時視頻功能的同時減少內(nèi)核的運行壓力，實現(xiàn)語音、攝像、解碼工作的有機結(jié)合。大多數(shù)的智能手機硬件結(jié)構(gòu)中，無線貓加上外圍電路，就可以完成一部手機的制作，語音功能的實現(xiàn)主要依靠ABB和負責(zé)語音視頻的解碼器共同完成。

2 智能手機產(chǎn)生功耗的原因

2.1 CPU系統(tǒng)產(chǎn)生功耗

智能手機上市后，用戶的第一體會就是新型的智能手機應(yīng)用數(shù)量繁多、趣味性得到較大提升，但是，智能手機的續(xù)航能力卻大大不如從前的普通商務(wù)手機。許多手機生產(chǎn)商家在進行產(chǎn)品預(yù)售宣傳時經(jīng)常會提到本公司新產(chǎn)品的高續(xù)航、低消耗的問題，吸引顧客前來購買。事實上，不管商家所言是否屬實，CPU芯片的確不斷朝著低功耗的方向前進者。然而，CPU的功耗仍然占據(jù)整部手機的最大功耗比例。智能手機在制作過程中涉及單核雙核的問題，特別是現(xiàn)今安卓系統(tǒng)手機已經(jīng)出現(xiàn)了四核，甚至八核的智能手機，旨在提高手機運行的流暢性。但是，通過數(shù)據(jù)計算顯示，核數(shù)越大，相應(yīng)功耗也成倍擴大。經(jīng)過電路功耗的動態(tài)計算公式顯示，CPU的功耗大小與電路中供電部分電壓的平方數(shù)成正比例關(guān)系，和電路中工作的頻率也成正比例關(guān)系。

2.2 背光燈工作產(chǎn)生功耗

市場上大部分的智能手機皆使用液晶顯示電容屏，背光燈在手機使用的能耗中占據(jù)較大的比例。例如，制作一部屏幕為3.5英寸的手機，所需背光燈的數(shù)量為六顆，只有這樣做才能充分保證屏幕亮度的均勻性。一顆背光燈的工作電壓是3.1伏特，通過串聯(lián)的連接方式將六顆LED燈連接起來所需電壓為18.6伏特。從電流的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面看，一顆背光燈的正常工作所需電流為20毫安，六顆背光燈若同時開到最亮狀態(tài)，則需要耗費372兆瓦的電量。試想一下，人們將手機亮度開到最亮狀態(tài)，然后進行手機視頻、手游應(yīng)用的使用，每段使用的時間不少于一個小時，那么，對于手機的功耗壓力則是不可估量的。在日常的手機使用過程中，人們?yōu)榱耸‰?，通常會將手機的屏幕亮度降到最低來延長手機的續(xù)航，這個方法是用戶的無奈之舉，可以治標但是不能治本，硬件損耗技術(shù)不斷革新發(fā)展才是減少此類問題的關(guān)鍵。

2.3 射頻部件系統(tǒng)以及其他部件的功耗

射頻部件系統(tǒng)也是智能手機高損耗的一個主要因素。智能手機的射頻部件中放大器是導(dǎo)致功率消耗巨大的重要部件，主要是因為放大器的電路設(shè)計有缺陷，電阻的選用和接入不合理，導(dǎo)致放大器的功率較大，進而消耗較多的電能。在以后的研究發(fā)展中，應(yīng)該重點考量射頻系統(tǒng)的優(yōu)化問題。其次，系統(tǒng)本身的功耗能力設(shè)計也決定了手機整體的功耗能力，用戶在使用手機應(yīng)用的過程中，對于一項功能使用的時間上具有不確定性，所以生廠商應(yīng)該提前思考手機使用的各種可能性，優(yōu)化系統(tǒng)損耗能力。再者，現(xiàn)今大多用戶喜歡使用無線設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，此類連接方式的功耗在一定程度上高于手機流量上網(wǎng)的功耗，且無線連接的耗能大小與信號強弱有著一定的聯(lián)系。

3 關(guān)于降低功耗的設(shè)計

3.1 解決CPU系統(tǒng)的電壓問題

由上文的第一原因分析中可知，CPU是影響智能手機電能功耗的最大因素，解決CPU系統(tǒng)的電壓問題和頻率問題是重中之重。在集成電路，特別是數(shù)字電路方面，要注意動態(tài)消耗的數(shù)據(jù)計算，相反，半導(dǎo)體組成電路中的靜態(tài)功率消耗非常之小，完全可以忽略。在計算動態(tài)消耗電能的計算公式中，涉及幾個參數(shù)，分別是：功能芯片的動態(tài)總量功率消耗，半導(dǎo)體芯片負載的電容量，芯片所需要的電壓，以及芯片工作過程中的頻率。根據(jù)計算公式顯示，集成電路中功耗的數(shù)據(jù)和電路工作中開關(guān)的頻率系數(shù)呈現(xiàn)線性關(guān)系，與芯片工作所需電壓呈現(xiàn)平方關(guān)系。由此可以得出，芯片工作所需要的電壓越高，運行的頻率就越快，最后CPU工作耗費的功效耗能就越高。所以，生產(chǎn)商對于既定的CPU產(chǎn)品設(shè)計上，應(yīng)該在合理范圍內(nèi)對工作電壓和工作頻率進行控制，盡量縮小數(shù)值。

3.2 控制DPM系統(tǒng)的運行

DPM是對智能手機的主系統(tǒng)在運行期間進行電壓或者時間上的動態(tài)控制，通過即時的動態(tài)數(shù)據(jù)管理達到減少能耗的效果。動態(tài)控制DPM主要通過軟件控制實現(xiàn)管理，動態(tài)控制的過程系統(tǒng)的整體效率息息相關(guān)。首先，對智能手機中的工作模式進行定義和分類管理。主CPU運行系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)工作模式類別和強度對手機工作進行合理分類，主要分為日常的工作模式，手機空閑工作模式，手機的睡眠待機模式，以及手機處于關(guān)閉狀態(tài)的模式設(shè)置。在四種常有手機工作模式中，調(diào)節(jié)主CPU 的電壓、工作頻率，以及手機其他部件電源燈光的智能啟動和只能關(guān)閉，在設(shè)計過程中體現(xiàn)智能手機的最大智能特色，將智能技術(shù)和電能損耗有機結(jié)合起來。例如，通過固定手勢觸摸屏幕喚醒手機部分功能，其余非工作時間此部分功能處于睡眠狀態(tài)，可以極大程度上減少手機電池的損耗。

3.3 接口電路設(shè)計和LED燈低損耗設(shè)計

在智能手機的接口電路設(shè)計過程中，生產(chǎn)商除了考慮產(chǎn)品的性能新穎之外，應(yīng)該更加注意芯片的能源損耗問題。在上拉電阻或者下拉電阻部件的選擇應(yīng)用上，應(yīng)該注意未處于工作狀態(tài)的引腳不可以懸空處置，通過增加上拉電阻進行電平輸出的提高能力，來加強芯片的抗干擾能力。在一系列的驅(qū)動工作實施中，合理把握電阻的使用度，確保信號的平穩(wěn)完整和電源內(nèi)的低能耗性。合理控制LED燈的電流控制問題，可以通過改變回路中的電阻阻值控制電流，結(jié)合人眼的生理機能調(diào)節(jié)電流信號，控制損耗。

3.4 電源供給電路

由于智能機外設(shè)非常多，需要多種電源（1.3V、1.8V、2.8V和3.3V電壓等），和不同的電路分開供電，因此需要使用多個電壓變化單元。DC―DC電路的特點是效率高、升降壓靈活，缺點是紋波噪聲干擾較大。因此，在設(shè)計中，對于電源紋波噪音要求不嚴的情況，使用DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器件，這樣可以有效地節(jié)約能量，降低智能手機的功耗。

4 結(jié)論

綜上所述，智能手機要想在快速的更新變化中脫穎而出，必須加強CPU、DPM、LED背光燈以及接口電路的技術(shù)創(chuàng)新改造。通過控制機器的工作電壓、通過電流、組合電阻以及電源供給電路實現(xiàn)手機的低功率消耗，不斷分析總結(jié)從前的經(jīng)驗教訓(xùn)，重視用戶體驗，將用戶的使用舒適度放在第一位，迎合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為我國通信技術(shù)的發(fā)展做貢獻。

參 考 文 獻

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