当前智能终端设备的技术改进

　　手机、个人数字助理(PDA)、笔记本、平板电脑等行动型设备使人们的办公、娱乐、通信越来越便捷，这离不开电池技术的发展。同时，电子设备越来越小型化的设计，也驱使电池技术向大容量和小型化进行演变。

　　锂离子电池材料技术发展缓慢,导致商用化锂离子电池能量密度的提升难度较大。移动互联网时代的到来,使得智能终端设备的外形向超薄、超轻的便携式发展,为智能终端电池容量和设备续航带来了挑战。通过对智能手机设备的功耗分布和各硬件要素的技术迭代研究,分析了未来智能终端整机的功耗趋势和空间设计趋势。分析表明,智能终端设备显示屏的功耗占整机功耗的主要部分,采用像素渲染技术可以有效降低显示屏模组的逻辑功耗和背光功耗,同时整机印制电路板(PCB)上硬件元素的不断集成,PCB走线工艺能力越来越精细化为电池的体积留出更多的空间。智能终端产品中的多种硬件元素协同优化,可以有效实现可靠的续航能力。

　　智能终端产品功耗分析

　　以手机产品为例，手机整机的组成主要以整机印刷电路板(PCB)为基础，电池直接为PCB供电，PCB承载基带芯片、射频芯片、系统级芯片SOC、随机存取存储器RAM和只读存储器ROM及其他功能模块，显示器、摄像头、指纹识别及其他硬件模块以柔性电路板FPC的形式与PCB板相连。

　　以数字逻辑电路为主的芯片性能随着半导体技术的发展而提高，同时其功耗逐渐降低。这得益于工艺制成的进步、硬件行业标准的更新、芯片架构的升级、晶体管器件结构的优化等。如：高通骁龙835处理器的功耗是早期骁龙801芯片的1/2，苹果A10处理器是早期A5处理器功耗的1/5;同理，RAM和ROM会不断提升数据的传输速率，降低功耗;互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片也会随着器件的结构设计，在提升分辨率的同时降低芯片功耗。

　　但以模拟电路为主射频芯片，随着通信技术的发展以及信号频率的提升，射频芯片的功耗呈上升趋势，未来第五代移动通信技术(5G)时代到来，射频芯片的功耗将会进一步提升。

　　此外，显示屏分辨率的提高直接影响了显示模组的功耗，液晶显示器由背光和液晶显示面板组成，所以其功耗主要由液晶面板的逻辑功耗与背光功耗组成，若显示屏的尺寸增大，就要提升背光的亮度满足整体面板的光强，若显示屏的单位英寸像素个数(ppi)提高，则面板的像素开口率下降，也需要提升背光的亮度来满足整体面板的光强。

　　体验痛点意味着市场机遇，在终端硬件竞争进入平稳期后，电池续航能力成为一个重要的焦点，终端产业链上下游各方竞相研发低功耗新技术与新方案。本文从产业链视角，剖析智能手机、可穿戴及IoT终端产业链的关键环节为解决续航问题正在或者即将开始应用的新技术与新方案。

　　电池续航技术改进分析

　　可穿戴及IoT终端的功能则一般相对简单，业界从一开始就采用低功耗技术。

　　1.芯片及传感器低功耗方案

　　由于可穿戴及IoT终端所需的计算处理能力相对较低，芯片方案多采用MCU形式，少数如智能手表、智能眼镜则采用低端的手机芯片处理器。

　　不管是ARM架构的Cortex M系列(针对不同的应用场景，ARM Cortex M系列又细分为M0-M7)还是MIPS架构的MCU，设计之初面向的就是低功耗领域，芯片单核、主频较低，多数仅有几十兆赫兹，与动辄8核，上G赫兹的手机芯片相比，天生功耗较低。

　　可穿戴及IoT终端中采用的传感器，例如加速计、陀螺仪及其它专业传感器等本身的功耗较低，主要是与MCU一起进行整体低功耗方案设计，器件本身并未为此进行特别处理。

　　2.无线连接针对性优化设计

　　车联网、野外监测等终端需要进行无线通信，但速率、频次等要求较低，手机上采用的无线模块如果用在这类终端，则会出现功耗、性能过剩、成本高等问题。面向物联网终端，3GPP组织在R12中发布了Cat.0[6]。为了降低设备复杂性和减小设备成本，Cat.0定义了一系列的简化方案，主要包括：采用半双工FDD模式(Half duplex FDD);减小设备接收带宽到1.4MHz，当然，也可以扩到20MHz;单接收通路，取消RX分集双通路;保持低速数据速率。简化方案不仅降低了速率需求，处理器计算能力和存储能力也相对降低。在R13版本还会有进一步的优化，比如取消发射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的带宽，支持更低的数据速率等等。

　　3.低功耗整体方案

　　可穿戴及IoT设备产品的解决方案主要通过低功耗蓝牙、低功耗Wi-Fi、低功耗GPS、低功耗的3G/4G模块与MCU(或其它低功耗主控芯片)、传感器等硬件整合设计的成套方案。针对不同的应用场景，主要芯片方案厂商提供BLE+MCU、Wi-Fi+MCU、GPS+MCU、 Zigbee+MCU等低功耗解决方案。在这些无线连接技术中，都要“死磕”功耗这一难题。

　　4.算法优化

　　可穿戴及IoT终端在硬件低功耗的同时，软件算法也是降低功耗、优化续航的重要手段。MCU动态休眠算法、计步算法优化、数据交互算法优化等都可以优化终端功耗。

　　智能终端续航体验提升未来可期

　　如前文所述，智能终端续航体验瓶颈的根本原因是手机电池需求过快增长与电池续航技术更新缓慢之间的矛盾日益尖锐。在电池需求层面，随着智能手机硬件升级进入平稳期，用户的耗电需求提升增长趋缓。未来续航体验的提升关键看续航技术的发展，除了上述所讲续航新技术革新外，柔性电池与固态薄膜锂电池的不断成熟，将为智能终端形态的演进与续航体验的提升带来福音。整体上，随着智能终端续航新技术方案的普及与新材料的应用，智能终端续航体验的提升前景可期。