低功耗系統設計掀革命 電源量測邁向高速/超低壓
因應行動裝置低功耗設計趨勢，全球電子量測儀器商無不投入研發精確度達微安培(μA)，甚至奈安培等級的電源供應器與數位電表；同時提高示波器取樣率、更新率與介面規格，以滿足行動裝置高頻、低電壓驅動電路及動態功率訊號量測等全方位需求。
尤其個人電腦處理器、電源管理晶片商導入更多數位管理機制，國內外儀器業者更以混合訊號示波器(MSO)為主軸，部署高解析度並具備更多軟體觸發功能的電源量測方案，積極圈地。不僅如此，儀器廠還看好智慧汽車市場商機，陸續布局專用電源測試平台，助力車廠提升系統供電穩定度。
實現行動低功耗設計 高速/精密電源量測興起
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| 圖1 固緯電子行銷暨服務處協理廖嶽儒提到，近來汽車導入電子元件的比例激增，亦刺激高精準度電源、EMI量測需求逐漸攀升。 |
固緯電子行銷暨服務處協理廖嶽儒(圖1)表示，行動裝置對內建晶片、模組及系統電路耗電量要求嚴格，無論是研發端或產線端均須達成更精準的電力電子特性分析，因而帶動新興電源基礎儀器開發需求。近來，量測儀器業者皆致力提高旗下電源量測方案的精確度達微安培等級；同時也考量行動裝置從待機到全速運轉時的動態功率變化量測需求，持續推升相關測試儀表的反應速度與連接介面規格。
由於電源供應器、數位電表升級需求最為殷切，因此，包括安捷倫(Agilent)、吉時利(Keithley)等電源測試設備開發大廠，均大舉推出新產品卡位。廖嶽儒透露，看好中低階行動裝置龐大的生產測試需求，固緯電子今年產品布局重點亦將鎖定高速、高解析度及高精準度的高性價比電源測試方案，未來幾個月將陸續推出相關電源供應器、示波器及電子負載等產品。
廖嶽儒進一步分析，對手機零組件、系統製造商來說，新一代電源量測設備除須支持更低電壓、電流量測範圍外，還須提升解調速度、取樣率與更新率，方能達到所需量測解析度，以精準掌握細微的系統功率變化與雜訊影響；因此，示波器規格升級也將成為今年儀器商技術發展重點。
安捷倫大中華區數位量測市場部經理杜吉偉則表示，儘管行動裝置系統電源、充放電測試更趨複雜，但產品開發商對降低總體量測設備持有成本的要求並不會妥協，因此，大多儀器業者正相繼採模組化整合方式，開發高性價比電源量測方案，拉攏產線端客戶。其中，安捷倫已透過PXI模組化設計架構，將示波器、邏輯分析儀、電源供應器及電表整合成一部多功能測試儀器。
杜吉偉指出，安捷倫最新基礎示波器搭載現場可編程閘陣列(FPGA)、數位電路設計，可提供高速、多路訊號分析功能，讓研發及產線端業者不須額外添購昂貴的邏輯分析儀；同時，新產品亦整併電源供應器、功率分析及電表，並可搭配業界最低50微安培電流的專用探棒，從而支援超低功率範圍的直流電特性分析、電源紋波抑制比(PSRR)測試，助力系統廠改善電路設計。
事實上，行動裝置製造商不僅要求精密功率量測，也積極驅動產線加速運轉，因而帶動電源供應器加電表的高整合度設計崛起。筑波科技資深專案經理許國俊指出，儀器商為在各種供電狀態下，即時分析行動裝置系統耗電、電池充放電狀態和直流電(DC)轉換效率，已陸續發布兼備電源供應與訊號分析功能的產品，刺激產線端業者更換儀器的意願。
搞定低電壓IC量測 MSO力拓解析度/軟體功能
搞定低電壓IC量測 MSO力拓解析度/軟體功能
至於研發端方面，低電壓處理器設計興起，亦將加速MSO規格升級。目前行動裝置內建CPU、MCU及電源晶片皆朝低壓驅動、動態調整電壓模式演進，以減輕系統待機功耗，導致MSO須支援更低功率範圍及高速數位電路分析；因此，儀器商正勉力提高MSO電壓垂直解析度，並擴增軟體及韌體觸發功能，搶攻晶片研發新商機。
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| 圖2 皇晶科技研發部軟體技術協理黃培南提到，組合各一台示波器、邏輯分析儀的MSO，必須優化儀器軟體及韌體控制才能發揮效能。 |
皇晶科技研發部軟體技術協理黃培南(圖2)表示，行動裝置品牌廠對內建中央處理器(CPU)、微控制器(MCU)功耗要求愈來愈嚴格，吸引晶片商競推供電電壓低於1伏特(V)的解決方案，同時展開動態電壓頻率調整(DVFS)技術布局，遂引爆新興電源訊號量測需求；加上行動裝置強調軟硬體整合，開發人員須嚴密掌握晶片、系統在各種軟體環境下的運作與電壓變化情形，也刺激儀器功能進化。
目前研發端業者已要求儀器的電壓垂直解析度達到2毫伏特左右，並擴充頻寬、取樣率及數位訊號分析功能，從而提高系統功率變化量測速度，以及串列/並列匯流排、電池充放電分析精準度。
著眼於此，安捷倫、太克(Tektronix)及皇晶科技皆持續擴充MSO產品陣容，相互較勁。其中，安捷倫與太克主打單機桌上型MSO開發策略，提高產品軟硬體功能整合度，但成本較高且體積龐大；皇晶則以PC-based數位儲存示波器和邏輯分析儀組合式設計，提供功能齊全，價格、體積則大幅下降的MSO解決方案，進一步滿足工程師人手一機的測試需求。
黃培南分析，低電壓晶片要求測試精密且測項冗雜，加上行動裝置內建類比、數位元件和軟體功能激增，均須透過高速混合訊號分析才能解決；因此，組合示波器、邏輯分析儀並強化數位分析功能的MSO，近來伴隨行動裝置晶片開發熱潮，出貨量走揚。其中，尤以中國大陸銷售成長最旺，主要是中低價手機爆發性成長，吸引眾多新進原始設備製造商(OEM)搶分杯羹，因而帶動另一波MSO採購需求。
PC/汽車也愛低功耗 專用電源量測錢潮來
除智慧型手機、平板電腦晶片商和設計製造商外，個人電腦晶片商、電源管理晶片供應商因應低電壓處理器、數位電源設計風潮，亦積極尋求新的電源測試方案。同時，一線車廠在汽車內部導入更多感測、運算和通訊元件，競逐新世代智慧汽車商機，也引發新的電源量測商機。
黃培南透露，為加速降低輕薄、變形筆電系統功耗，皇晶近期已與重量級PC晶片廠合作，透過具強大數位電路分析能力的MSO，測試系統搭載1伏特以下電壓CPU的電源訊號變化情形。同時，該公司也接獲國內多家電源晶片商採購需求，緊鑼密鼓研擬數位電源專用MSO量測方案，並進一步投入開發支援Qi無線充電標準的邏輯分析儀。
另外，針對智慧汽車電源量測這塊新興藍海市場，廖嶽儒則指出，車廠基於駕駛安全、產品使用年限的要求，須嚴密把關電源供應穩定性和精準度，因此所需功率量測方案較複雜；儀器商須統合示波器、任意波形產生器、電源供應/分析儀和電子負載等設備，並組成精密測試平台，才能滿足市場需求。由於中國大陸車廠頻頻加碼研發智慧汽車，因此，固緯正積極搶進市場，爭取當地一級(Tier 1)、Tier 2汽車零組件青睞。
現階段，儀器廠除全速推升電源量測方案規格並改良儀器架構外，亦因應新型電子裝置動態功率變化迅速的量測需求，開始導入第二代通用序列匯流排(USB 2.0)、RS 232等介面，以加快反應時間。廖嶽儒指出，未來電源量測將以三高一低為主要演進方向，包括高速、高整合、高精準性及低電壓電流範圍均為儀器業者努力的重點。
