衡量汽车优劣的指标其实非常简单，我们只需根据每加仑汽油的行走哩数 (MPG)或每公升汽油的千米数 (KPL)便可进行评估。由于汽油价格不断攀升，而汽油是目前最方便携带的能量储存载体，因此这个燃油效益指标便显得日益重要。基本上，这个指针的背后理念与电子系统的性能/功率比不谋而合。对于工程师来说，这个概念可以有两个不同的诠释：亦即功耗可以很低但热能耗散量则极高；另一方面，也可解释为同样的功耗可以支持更高的性能。
降低功耗有明显的好处，例如，更符合经济效益(亦即更低的能源支出)，但另一方面，也可延长电池寿命 (亦即便携式录音机可以长时间播放音乐)。低功耗还有另一不大明显的优点，那就是电子产品的使用寿命较长，减少因电子零件过度受热而令器件很易受损。环境温度越低，产品或系统的使用寿命就越长，总体成本也越少，因为无需经常添购新产品替换损坏的旧产品。

    部分电子装置必须沿用原有的设施或符合原有的规定，例如在原来的地方安装采用全新设计的产品，但功率与散热能力要符合原来的规定。安装有线电视的机顶盒便是个典型的例子。新装置的外型大小可能与上一代的产品大致相同或较小，而直接影响散热量的功率则可能没有分别或稍低，但新的系统设计" title="系统设计">系统设计可能对性能方面有更严格的要求，例如一直使用的标准清晰度机顶盒会慢慢被淘汰，取而代之的是具备数字录像 (DVR) 功能的高清晰度机顶盒。这些产品的设计大部分都保持不变，例如功率及外型大小没有变动，但部分规定则需要修改，这是新设计的困难之处。要成功实现这个设计，系统设计工程师必须采用性能更高、但功耗则相同或更低的组件。在这种应用情况下，性能/功率比越高便越能发挥其优势。

结构与工艺技术的相对重要性

    美国国家半导体一直很理解工艺技术的重要性。芯片产品的质量是否稳定，芯片能否以最低的功率发挥最高的性能，工艺技术的先进与否发挥很大的作用。美国国家半导体一直致力于开发创新的工艺技术，不但率先推出业界首款 CMOS运算放大器，而且还成功开发低电压差分信号传输 (LVDS)通信芯片及低压降稳压器。芯片带宽是否够高，漏电量是否极少，这是决定半导体产品能否发挥卓越性能的关键因素。但这只是问题的一半。

    实现芯片设计所需的设计技巧及专利技术也非常重要，其重要性甚至不下于工艺技术。以美国国家半导体最新推出的 ADC083000仿真/数字转换器为例来说，这款 PowerWise超高速、1 GSPS以上的仿真/数字转换器采用创新的折迭式转换器拓扑结构，其优点是只需不足 2W的功率便可支持3 GSPS的采样率，因此可大幅降低功耗，整体功耗远低于其它转换器结构如快闪转换器。折迭式结构也具有灵活调整工作量的优点，相比之下，快闪转换器的分辨度每提高1位，功耗便上升一倍。

系统性能与芯片性能的相互关系

    若单独衡量芯片本身的规格参数，性能/功率比这个指针不一定能够充分显示芯片的优点，例如，芯片可以降低系统功耗的能力便无法充分显示出来。手机的自适应射频功率发射功能便是一个好例子(参看图1)。只要采用 LM3208芯片搭配LMV228功率检波器，便可大幅降低功率放大器的直流功率 (Pdc)。由于这两款芯片可以大幅降低手机输出级的功耗，因此美国国家半导体已将这两款芯片归入 PowerWise 系列产品之内。 

提高效率的工具

    美国国家半导体还有另一标准，以决定某一芯片应否归入 PowerWise系列之内。这个标准很简单，我们只需知道该芯片是否有设计工具" title="设计工具">设计工具协助简化其设计流程便可。部分芯片必须倚靠设计工具，才可将其性能/功率比提升。除了大部分开关稳压器之外，还有很多其它产品都属于这类芯片。工程师可以利用 WEBENCH ?设计工具设计电源供应系统，他们只需利用其中的按钮输入要求的性能，让设计工具根据输入的数字进行计算，以确定相关参数大小(例如组件大小)，以便工程师可以在各相关因素之间作出明智的抉择。第 4代 PowerWise SIMPLE SWITCHER?系列芯片 (即 LM25576)便是个好例子。这系列芯片可获 WEBENCH设计工具支持，工程师可以利用这套工具精简及优化系统设计，例如可以按照自己的要求在转换效率及方案大小之间作出取舍 (参看图 2)。

专利技术及系统知识

    美国国家半导体一直致力提供各式各样的系统解决方案，以提高仿真电路以至数字核心的性能/功率比。许多移动电话的数字核心都采用美国国家半导体的自适应电压调节 (AVS)技术。由于这种技术可以支持处理器及外置的电源管理单元 (PMU)如 LP5552，因此是真正的系统解决方案。处理器核心可以利用这种专利技术，不断监控系统的性能，然后灵活调整供电电压及偏压，以便大幅降低数字处理器的功耗，降幅甚至高达70%。采用自适应电压调节技术的 PowerWise产品可以不断

    实时调整工作电压，以确保系统可以发挥最高性能的同时，又可将功耗减至最少，让两次充电之间的操作时间可以大幅延长。

    由于数字工艺技术越趋精密，加上芯片体积不变而晶体管的数目则不断增加，因此静态功耗所占的耗电比重已超越动态功耗。以前的芯片都采用90 nm以上的工艺技术制造，因此内部电路的漏电情况还不十分严重。但现在的工程师要开发更精密的工艺，因此采用自适应电压调节技术的PowerWise解决方案可以帮他们解决这个问题，以便大幅降低静态功耗，这样不但可以延长电池的操作时间，而且还可降低系统的整体功耗。

参考设计

    对于工程师来说，参考设计" title="参考设计">参考设计非常重要，因为有关建议可以帮他们改善构思中的设计，尤其是工程师要同时兼顾功耗与性能。许多棘手的设计问题，例如选择适用组件、正确的组件摆放位置、以至布局与布线，都可在这些参考设计中找到答案。

    美国国家半导体一直致力于协助客户开发高性能的仿真系统，从中累积了丰富的经验，并利用这些知识建立了一个参考设计数据库，让工程师可以参考不同的系统设计，从中明白怎样的设计才可确保系统能充分发挥其性能。ADC083000参考设计是这个数据库最新添加的一款设计，这款设计不但采用全套可支持测量仪表如示波器及自动化测试仪器的仿真前端 (AFE)电路，而且其中的信号路径还采用 PowerWise系列的全新 LMH6555 1.2 GHz差分驱动器。这款组件可与美国国家半导体的超高速 ADC083000数据转换器及定时解决方案搭配一起，成为设计全新测量仪表设备的卓越开发平台。

从电子邮件到串流视频 – 展望将来

    为何 PowerWise的能源效率指标那么重要？我们可以利用一些一般人都熟悉的事例解释这个问题。早于1990年代初，我们便已利用互联网传送容量较小的文件，而当时传送的文件大部分属于采用文本格式的电子邮件。此外，当时也刚开始采用超文本传送协议 (HTTP)，让采用 HTML 格式编码而内容更丰富的数据也可在网上传送。由于万维网 (WWW) 的出现，而电子商务也开始日趋普及，因此互联网便要传送更大量的数据，其中包括相片以及容量极大的数据内容。随着 MPEG 1 Layer 3 或 MP3 音频信号压缩技术获得进一步改善，互联网的音频信号传送量也相应增加，令有限的带宽更加不能满足消费者的要求，逼使业界全力开发新技术，以提高数据的传输速度。

   串流视频是近年才在网络上出现的全新数据类别，其特性是占用极大的带宽。根据 Ellacoya Networks公司于2007年6月发表的最新调查数据显示，YouTube 网站占 HTTP 总传输量的 20%，亦即占互联网总传输量约10%。

    HTTP文件传输量首次超过对等式 (P2P)文件如电子邮件的传输量。消费者希望互联网可以大幅提高其传输量，让他们可以传送更大量的视频数据。这个需求不但刺激网络基建的换代更新，也会影响手机及其它终端装置的未来发展。手机必须引进先进的译码技术，才可支持视频串流功能，而且传送的音频信号必须完整无缺。加上实时传送视频必须利用局部压缩技术(目前许多手机都已采用这种技术)，以上的这些新功能耗电不少，因此成为系统电源供应一个极为沉重的负担。

    在不久的将来，互联网上传送的信息大部分都属于串流视频与音频信号。届时，大部分便携式电子产品将可支持录像、播放及实时传送串流视频等功能，而这些便携式电子产品的带宽必须极高，延迟时间则必须极低，才可支持这些视频功能。网络的基建设备必须大幅扩容，而且基站的处理能力也必须有大幅的提升，才可配合这个新形势。对于系统设计来说，性能/功率比是证明系统能否配合这个发展的重要考虑因素。

总结
 

    为了满足市场需求，新一代的电子产品必须能够支持串流视频，以及实时提供可用带宽，而且其中的存储器必须有极大的容量，但实现这些功能的一切必要资源则极为有限。根据美国运输部的数据显示，1970年代在美国公路上行走的汽车的平均每加仑行走哩数只有 12MPG，但今日的汽车虽然仍然采用与 35年前相同的汽油，但每加仑的行走哩数则轻易高达 30MPG。此外，今日的“大马力”跑车大都装设了高达500匹马力的气缸，但每加仑的行走哩数仍然相当高。这正是提高性能/功率比的目的。提高芯片的性能/功率比也可产生同样的效益，例如，美国国家半导体的 PowerWise系列产品便可提高处理器核心以至整条信号路径的系统性能。

    如欲查询有关 PowerWise 解决方案，可浏览：national.com/CHS/powerwise