便携式产品设计五大悬疑直击

目前，便携式产品已经深入到我们生活的方方面面，成为引领半导体产业前进的主导力量，另一方面，便携式产品种类也日益繁多，MP3、MP4、PMP、UMPC、PND、MID、移动电视终端等便携式新品不断涌现，同时便携式功能日益强大，不但能提供音频、视频播放等娱乐功能，还能提供导航、上网、商务等功能，在便携式产品日新月异的同时，一个个疑问也开始困扰便携式设计工程师：未来便携式产品会融合吗？如何融合？融合哪些功能？如何应对便携式产品的电源管理挑战？2008年7月17～18日，在深圳创意时代主办的“PDPM2008——第四届便携式产品设计与电源管理技术研讨会”上，来自In-Stat China 、3M、飞兆、英飞凌、精工、爱国者、中电器材、华恒科技等国内外知名企业的专家发表了精彩演讲，就便携式产品设计五大悬疑进行了探讨。

 

悬疑一：融合VS不融合？ 

 

古人云：“合久必分，分久必合”，目前的便携式产品似乎正应验了这句话，“融合”是便携式产品最热的话题。一直对移动终端进行跟踪研究的In-Stat China行业分析师童文霞指出：“目前，移动终端的边界正变得日益模糊，移动终端呈现出的多网络和多功能特性，而随着用户对网络化需求加剧，未来便携式产品将是基于网络的功能导向产品。”


图1：移动终端的边界日益模糊，通信、消费、计算已经在融合


图2：移动终端呈现多网络化和多功能的特点

童文霞表示In-Stat调查显示：62.2％的PMP用户希望有一个能支持游戏、音视频、网络和通信的移动多媒体终端，49.8％的PMP用户希望PMP新增功能是支持无线上网。而59.4％的便携式游戏机用户希望有一个能支持游戏、音视频、网络和通信的移动多媒体终端，46.4％的便携式游戏机用户希望新增功能是支持无线上网，可以看出，支持无线上网是很多用户需求的功能之一，她表示MID的出现正是顺应了这个需求。另外，数据显示，截止2008年1月，中国移动互联网活跃用户数达到5040万户，增长速度超过26％，中国移动互联网用户渗透率虽然接近10％，但大多数是基于WAP/BREW上网方式。所以中国移动互联大有潜力。


图3：中国网民、移动电话用户和移动互联网用户情况

还有，终端价值正在向传送以及后台服务转移，所以，她提出了一个大胆的猜测：会不会有个大一统的终端出现？


图4：大一统的终端会不会出现？

在对比了iphone的成功后，她预测，未来的便携式终端将基于网络实现百花齐放的格局。


图5：便携式产品以网络为核心实现融合

对于她的大一统终端猜测，来自中国电子器材深圳有限公司的资深产品经理曾雪峰表示：“大一统的产品如果只考虑功能融合而不考虑成本等会难有市场，现在照相手机的像素可以到500万像素，但是真正爱好摄影的还是喜欢使用独立的相机来拍照，所以，我认为融合只是在细分市场的融和。”

 

以提供多媒体设计方案为主杭州爱浦多数码技术有限公司技术总监陈晗斐则指出不需要增加成本融合是最好的，事实上每一种融合都带来成本的增加，而中国国内城市又是成本非常敏感的地方，而且消费者的需求又比较多，今后的市场应该是多样化的市场，手机不一定吞并其他形式，但其他的产品也会不断涌现，像CMMB或当以电视播放和电影播放为主的时候，大家肯定会注意到屏幕的大小、电视面的大小，多样化的形式一定会长期存在，只不过手机应该会引领一些潮流。

 

深圳爱国者嵌入式系统科技有限公司CTO邓国源表示一般电子产品的发展是先以功能融合为主，然后再根据用户需要和成本进行适当的裁剪，这样的产品才是用户想要的。融合不能仅考虑功能和技术。

 

3M投影事业部经理朱顾则形象地指出：“红灯不能走，有时绿灯更不能走，我们不能因为有一两家公司的公司融合产品成功就认定融合一定会是主流。iPhone的成功不但是设计上的成功，更有运营和商业模式的成功，所以是否开发融合的产品要根据每个公司的实际情况以及应用环境来考虑。”

 

悬疑二：小屏幕VS大屏幕？

 

消费者都希望在便携式产品上有类似于TV或者PC上的体验，但是便携式产品的屏幕成为制约体验的关键，因此，手机等便携式产品屏幕不断在增大，但是，屏幕的增大终究有限制，当便携式产品的屏幕大小超出了口袋的尺寸后，必然给便携式产品的携带带来不变，如何解决这个矛盾？以创新闻名的3M公司带来了突破性的技术――3M微型光学引擎。3M投影事业部经理朱顾指出，这个只有21克的投影仪可以集成到几乎所有便携式产品中，从而可以完美的地解决便携式产品的显示问题。


图6：3M的微型光学引擎可以投射出50英寸的画面

朱顾指出：“手持设备诞生以来，其摄像头像素提高了19倍，内存增大了320倍，网络带宽提高了1000倍，而其屏幕尺寸仅提高了2倍！如此大的落差也显示便携式产品的显示技术急需改进。尤其是发展3G以后，各种游戏、视频更需要大的屏幕！”


图7：便携式产品各种指标的发展

但是显示尺寸和物理便携性存在固有的矛盾：显示尺寸大，则不能便携，只能以交流电源供电，如果想便携，则只能电池供电，且现在尺寸不能太大，而便携式投影装置是解决这个矛盾的一个良策，但是以往的投影设备也存在亮度埠够，色饱和度差、功耗大、体积大不便携带的缺点，对此，朱顾指出：“3M针对以上缺陷以多个技术来应对：以多层有机光学膜和塑料PBS技术解决了投影设备的体积和重量难题，以Lcos投影芯片以及色域滤波等技术解决了色饱和度问题，以高功率LED和LED集光技术解决了功耗和亮度问题。”

图8：LCOS成像原理


图9：在美国《科学》杂志报道过的有机光学膜技术


图10  可减小体积的塑料PBS技术

朱顾表示目前该投影可以达到VGA分辨率，3M正在开发支持WVGA的宽屏幕光学引擎，并强调3M非常看好该技术的前景，产品规划已经到2012年。在现场演示中，这个投影设备可以显示各种图片以及视频等内容，均有出色的表现，引起观众的极大兴趣。爱国者的邓国源表示爱国者已经在和3M考虑将此功能集成到爱国者的便携式产品中，一些工程师也表示，该产品可能会打破个人消费和商务应用的界限，并有可能会引发新的应用，例如和虚拟键盘投影结合，便可以创造出完美的应用。


图11：和虚拟键盘结合的投影设备

朱顾指出某调研公司的数据显示，从2008年到2012年，手机投影设备年复合增长率将达到140％！出货数量将从2008年的49万暴增到1639万个！可谓开创了一个新的蓝海领域！


图12:手机投影年复合增长率达到140％！

悬疑三：Linux OS VS WinCE/WinMobile

一直以来，高举开源大旗的Linux一直受到产业的推崇，但是专有操作系统的拥有者也攻击linux有维护方面的漏洞。在便携式产品的开发中，随着摩托罗拉的衰落，Linux份额有所下降，而随着微软的强势和逐渐开源，WinCE和Windows Mobile份额在快速上升。在自己开发的便携式选定什么样的OS一直是工程师关注的话题。对此，爱国者是CTO邓国源表示：“爱国者经过几年的开发，已经推出完全自主知识产权的基于Linux的软件平台。”“对于不需要上网的便携式产品，Linux OS比较适用，但是如果你的产品要浏览网页，则WinCE好一些，因为很多厂商针对WinCE做了优化和认证，比如Freescale的iMAX31就针对WinCE进行了优化，在浏览网页时有一定的优势。”他强调。“Linux的优势是你可以根据自己的需求进行优化，灵活性大，而对WinCE等OS，要优化则难度大点。”


图13： 爱国者的多媒体系统平台软件架构

 

华开源恒科技有限公司南中国区销售经理周庐在介绍该公司开发的基于ADI  Blackfin BF547 @ 533MHz DSP的PMP方案时，则强调该方案采用的开源的uClinux操作系统，并指出由于uCLinux内嵌了TCP/IP协议，可以支持一些互联网应用，如可以支持Wi-Fi应用等。

 

不过In-Stat的童文霞则指出操作系统的竞争，虽然目前是三足鼎立的局面，但当操作系统开放以后，将来会变成以应用为王的时代，而操作系统的竞争会出现衰退的局面。

 

悬疑四：国标TMMB VS行标CMMB

 

今年6月24日，由国家发改委和国标委牵头的手机电视/移动多媒体国标遴选工作终成正果，北京新岸线公司研发的T-MMB系统正式颁布为我国手机电视/移动多媒体国家标准。此结果公布后，产业哗然，对TMMB质疑声不绝于耳，广电部更是明确表示支持其行标CMMB。目前，距奥运会只有20天的时间，国标TMMB和行标CMMB谁将成为奥运会期间提供移动电视服务的赢家？在17日便携式产品设计研讨会上，似乎结果已经明确：那就是CMMB将受到热捧，便携式终端产品主要制造商深圳爱国者嵌入式系统科技有限公司CTO邓国源明确表示：“爱国者已经开发出了支持CMMB和DMB-TH的移动电视解决方案，因为CMMB信号已经覆盖全国37个大中城市，其中包括6个奥运城市和深圳广州，此外，广电部明确支持CMMB，它会提供大量的节目源，因此我们比较看好这个标准。”


图14  CMMB目前覆盖情况

另外，他表示CMMB的推广模式有五种主要业务，包括电视广播、声音广播（一个CMMB的终端机可以当成一个收音机来用）、数据广播（例如股票信息、地区信息等）、电子业务指南、紧急广播等，这样，相对而言，CMMB有较清晰的业务模式，这也是他看好CMMB的一个原因。邓国源介绍说爱国者已经开发出了相关的多媒体系统平台，支持CMMB标准的终端产品也已经面市，可以在奥运期间提供移动电视服务。


图15  爱国者的多媒体系统平台


图16   爱国者开发的移动电视终端

除了爱国者外，在17日的研讨会上，杭州爱浦多数码技术有限公司也展示了自己开发的基于ADI BlackfinDSP的BF52X系列的CMMB解决方案，该公司技术总监陈晗斐透露该公司开发的 产品有双模式CMMB移动电视棒、内置CMMB的PMP，外置CMMB的PMP以及支持CMMB的手机电视棒等，其PC 电视棒在插入电脑即可实现PC电视功能，PMP 电视棒插入爱浦多PMP，即可实现PMP电视功能，内置CMMB接收模块功耗低，可以提供6小时电视播放。而外置式CMMB电视PMP，采用USB-OTG形式，支持CMMB移动电视棒，可以让现有PMP外壳无需改动，立即实现移动电视功能。

 

悬疑五：多功能 VS 电源管理

 

电源是所有便携式产品提供丰富体验的源泉，对于丰富多彩的便携式产品，电源管理技术如何为多个功能提供充足的电能？这便是18日研讨会的主要议题。来自TI、ST、Fairchild、英飞凌、日本SII精工和中电器材深圳公司的专家从器件、技术和电池3个层面进行了阐述。

在电源管理器件层面，英飞凌科技系统应用工程师郑国青指出要支持便携式产品多样的功能，提高开关电源的效率是重点，他介绍了英飞凌最新的OptiMOS3产品，该产品采用独特的沟道和封装技术，将MOSFET的导通电阻降到全球最低的水平。


图17  OptiMOSFET采用独特的封装技术

他指出，优值系数FOM(以导通电阻乘以栅极电荷)是衡量MOSFET效率的关键参数，英飞凌MOSFET的FOM可以达到业界最低的水平。


图18  OptisMOS3的FOM比较

除此以外，英飞凌还从IR公司获得了DirectFET的授权，并命名为CanPAK封装，该封装能使MOSFET散热性能更好。


图19  CanPAK有更低的热阻

 

来自意法半导体的应用工程师邢现锋则介绍了ST专门针对UMPC的电源管理芯片PM6641，它可以提供数组高精度电源。


图20  ST的PM6641专门针对UMPC等便携式产品开发

该芯片的特点是集成度高，用于DDR2/3 (VDDQ)和芯片组电源的3路独立，可调节，异相降压开关电源；快速反应, 恒定频率, 峰值电流模控制；独立的’电源良好’信号；所有输出都配备主动软终止电路等。

在技术层面，来自TI的系统工程师孟祥浩介绍了TI在针对便携式产品电源管理技术上的一些新成果。他指出经过研究，TI发现背光消耗了便携式产品的主要电量，主要原因是背光源尺寸越来越大，背光源需要一直工作和许多操作需要更高亮度例如GPS。针对这些特点，他提出了如下的解决方案：

1、  环境亮度的检测功能――这样可以节约功耗并提高阅读舒适度。


图21  环境光亮度检测可以降低功耗

2、  动态亮度调节――就是根据通过图象的不同来调整背光的亮度。假设这张图片的雪景比较多，那背光的亮度就要天得偏亮一些。但是以夜景为基调的图片里，可以背光就要调得偏暗一些，这样整个功率损耗比较小，同样显示的对比度效果也会比较高。


图22  动态背光调节技术也可以降低功耗

可以通过如下电路实现上述功能。


图23 具体实现电路

来自飞兆半导体公司的技术行销经理曹巍介绍了用在手机设计中的电平转换器及串化/解串器技术，他认为该技术和以手机为代表的便携式产品的电源效率和待机时间有很大的关系。他指出人们都希望手机的待机电源要小于1毫安，但实际上工作的时候经常有超标的现象，这就是电平不匹配造成的。他介绍的第一类的器件就是电平转换器，可以将两种不同逻辑的电压的高或低统一起来，防止系统产生漏电。


图24  电平转换应用实例

另一类就是针对高速传输的串化/解串器，它的作用是把并行的数据线减少为几根串行线，这样做一可以将机械的可行性提高，二是拥有比较高的抗干扰能力，可以消除EMI。

图25  串化/解串器应用的好处

 

在电池层面，来自日本SII精工电子有限公司的张炜介绍了该公司的多节锂电池保护的解决方案，他指出目前目前对于多节锂电的电路保护一般是采用单芯片和集联方式两种。单芯片就是用一颗芯片来对应所有的电芯，这种方式的好处是构成很简单，但它有一个致命的缺点就是对应的电池的数目不够灵活，而集联方式则造成了外围电路过于复杂。


图26 目前的电池保护示例

他指出精工提出的多节锂电的保护方案S-8204综合了上述保护的优点，不但电路简单，而且解决了耐压问题。

图27  精工的解决方案特点