新一代的3g手机标榜着更丰富多元的应用功能，以及更佳的移动影音效果，这虽是令消费者很期待的诉求，但要落实到手机的设计上时，除了要在有限空间中塞入更多元件的难题外，也得克服功耗设计上的瓶颈。过去的语音通话战友用的运算资源有限，只需采用低时脉的微处理器即可运作，但新的3g多媒体手机中，陆续整合中的bluetooth、wi-fi、a-gps、mobile tv等通信功能，将增加射频／基频的处理功耗；视频电话、电视或3d游戏，则会大幅提升应用处理器的运算负荷；此外，採用更大的萤幕及更佳的解析度，也会造成系统功耗的沈重负担。这些，都和多元功能的诉求背道而驰。

　　如果电池的容量能够有所突破的话，或许还能疏解手机对电力供应上的飢渴需求，但实际的情况是电池供电力虽逐年有提升，但远远比不上移动设备对供电需求的成长。就sia在2002年更新发表的技术发展蓝图来看，最大电池供电力与容量平均每年成长10∼15％，但手机系统的电力需求却是以每年35∼40％的需求比例在成长中。在此情况下，手机耗电与电池供电的差距只会不断地扩大。

在电池电力难以相应提升的情况下，手机业者只好想尽办法做出最低功耗的设计，也就是从节流的角度，从最微小的电晶体层级到晶片电路规划、再到系统层级的记忆体读写，以及软、硬件架构及演算法等各个面向，一一去做到低功耗、低洩露的省电策略及电源管理模式。以下将从不同的层面来探讨3g手机的低功耗设计议题。

　■动态与静态功耗

　　根据2005年itrs（international technology roadmap for semiconductors）的预估，到了2008年时，高效能晶片的电路闸长度（gate length）等实体性参数将会比2005年时的数值缩减一半，但同时这些晶片的供电需求也将会增加。在发展蓝图报告的结论中指出：「耗电的增加来自于更高的晶片作业频率、更高的互连总体电容及电阻，以及由级数成长的晶片中电晶体增加的电路闸洩漏。」

　　要了解电子系统的耗电议题，需从动态功耗（dynamic power）和静态功耗（static power）两个面向来看。一个半导体元件的耗电，即是这两项功耗的加总：

　ptotal＝pdynamic＋pstatic

　　其中动态功耗是在运作模式中产生的功耗，此时信号值在切换、类比电路处于改变状态，也就是此元件正在操作某项应用功能，它可定义为：

　pdynamic＝capacitance × voltage2 × frequency

　　从这个方程式中我们可以看出，动态功耗来自于负载电容充放电和电流的切换，其中电压与功耗是平方关系，对功耗的直接影响最大，也就是说电压愈高，相对的功耗也会以级数上升；高速的频率同样也是提升功耗的杀手。因此降低电压与时脉是节省动态功耗的基本策略。

　　静态功耗则是当元件处于待机状态时产生的功耗，可表示如下：

　pstatic＝f（leakage current）

　　静态功耗是洩露电流状况的涵数，它和使用的制程、晶片尺寸和电晶体中的电压有密切关系。当元件处于待机休眠状态时，电路本身难以避免会产生微小的电流释放，造成持续性的耗电。在过去的微米时代，动态功耗是手持设备耗电的主因，静态功耗的影响极微，但随着制程的微缩，静态的洩露电流持续上升，在进入90奈米后，静态功耗的提升更为快速，已是不容忽视的耗电课题。请参考（图一）。

▲图一：静态的电流洩露状况随制程进展而趋于严重。

　■电源管理模式

　　从以上的分析可以清楚地知道，在电子产品的耗电上，主要来自于电流洩露（current leakage）、电压上升，和时脉频率的提升。因此想进行低功耗的设计，就得从这此三点来下手。其实降低耗电的不二法门，就是不需用到电的地方，就让它休息，但要用时，又要尽快把它叫醒。因此，就手机的系统层面来看，会区分出主处理器、周边和pll等不同的区域（domain），并视设备的工作现况而进入不同程度的省电模式。

　　目前市场上各家厂商所提供的省电模式大同小异，我们以freescale的i.mx31/i.mx31l应用处理器平台为例，它总共分为六种供电操作模式，当进入愈深度的休眠状态，所需唤醒的时间就会愈长，如（图二）所示。这六种模式分别是：

　　1.运作（run）：一般运作状态，以频率及电压的管理来提供省电机制。

　　2.待机（wait）：在此模式中，主处理器的时脉会停止，但是汇流排交换器和周边的时脉还保持在运作状态。

　　3.打盹（doze）：主处理器和汇流排交换器都停止，透过对时脉控告器（clock controller）模组的预先设定，一些特定的周边也能在此模式时自动的关掉时脉供给。此模式的恢復运作时间很短。

　　4.状态保留（state retention）：此模式下所有的时脉都会关掉，pll也会停用，外部的记忆体被设定为低功耗模式（self-refresh）。此模式比doze模式还要省电，叫醒时间较长，但