【導(dǎo)讀】多模無線充電芯片將大行其道。由于智能手機(jī)和汽車品牌大廠力挺，多模無線充電芯片已日益受到市場(chǎng)重視，激勵(lì)半導(dǎo)體大廠除推出單模產(chǎn)品外，亦快馬加鞭研發(fā)可同時(shí)支援Qi、PMA與A4WP等無線充電標(biāo)準(zhǔn)的多模芯片方案，搶攻市場(chǎng)商機(jī)。

摘要：  多模無線充電芯片將大行其道。由于智能手機(jī)和汽車品牌大廠力挺，多模無線充電芯片已日益受到市場(chǎng)重視，激勵(lì)半導(dǎo)體大廠除推出單模產(chǎn)品外，亦快馬加鞭研發(fā)可同時(shí)支援Qi、PMA與A4WP等無線充電標(biāo)準(zhǔn)的多模芯片方案，搶攻市場(chǎng)商機(jī)。

關(guān)鍵字：  多模無線充電芯片，半導(dǎo)體，智能手機(jī)，汽車

核心提示：多模無線充電芯片將大行其道。由于智能手機(jī)和汽車品牌大廠力挺，多模無線充電芯片已日益受到市場(chǎng)重視，激勵(lì)半導(dǎo)體大廠除推出單模產(chǎn)品外，亦快馬加鞭研發(fā)可同時(shí)支援Qi、PMA與A4WP等無線充電標(biāo)準(zhǔn)的多模芯片方案，搶攻市場(chǎng)商機(jī)。

多模無線充電芯片已勢(shì)不可當(dāng)。面對(duì)無線充電標(biāo)準(zhǔn)百家爭鳴，智能手機(jī)和汽車品牌商考量到各無線充電標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)劣，且為提供終端消費(fèi)者使用便利性，對(duì)于多模無線充電芯片的需求更加殷切，正吸引半導(dǎo)體廠商競(jìng)相布局相關(guān)產(chǎn)品線，以積極卡位智能手機(jī)和汽車多模無線充電應(yīng)用的市場(chǎng)商機(jī)。

通吃智能手機(jī)市場(chǎng)　IC商猛攻多模無線充電

圖1 高創(chuàng)行銷部副理王世偉

高創(chuàng)行銷部副理王世偉表示，該公司藉由改良線圈的磁性元件材料，以及利用線圈改變天線形狀雙管齊下，降低多模方案能源損耗。

高創(chuàng)行銷部副理王世偉(圖1)表示，除無線充電聯(lián)盟(WPC)陣營的芯片已獲得不少智能手機(jī)廠商導(dǎo)入之外，Powermat挾瞄準(zhǔn)iPhone 3和iPhone 4背蓋所推出的PMA(Power Matters Alliance)標(biāo)準(zhǔn)無線充電芯片及其裝置，亦已掌握近50%的市占，顯見PMA與WPC陣營在無線充電市場(chǎng)已分庭抗禮;此外，未來A4WP(All for Wireless Power)陣營在智能手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的潛力亦不容小覷，遂讓智能手機(jī)和芯片廠商紛紛投入多模無線充電方案的開發(fā)，以爭食更大的無線充電市場(chǎng)商機(jī)大餅。

據(jù)了解，目前德州儀器(TI)、飛思卡爾(Freescale)等半導(dǎo)體大廠正緊鑼密鼓地開發(fā)相容于WPC、PMA及A4WP的多模無線充電芯片方案，其中德州儀器已計(jì)畫于2013年底前發(fā)布首款多模無線充電產(chǎn)品;飛思卡爾亦已針對(duì)車用智能手機(jī)充電座，提供相容于WPC和PMA標(biāo)準(zhǔn)的雙模無線充電芯片方案樣品給代理商先行導(dǎo)入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)。

圖2 飛思卡爾資深應(yīng)用工程師黃耀宗

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飛思卡爾資深應(yīng)用工程師黃耀宗指出，目前該公司針對(duì)車用智能手機(jī)無線充電座所開發(fā)的芯片方案已有樣品，預(yù)計(jì)年底前面市。

飛思卡爾資深應(yīng)用工程師黃耀宗(圖2)透露，該公司除雙模無線充電芯片之外，亦將規(guī)畫導(dǎo)入整合WPC、PMA及A4WP標(biāo)準(zhǔn)的多模無線充電芯片方案開發(fā)，惟具體的產(chǎn)品發(fā)布時(shí)間尚未可公布。

除智能手機(jī)之外，美國通用汽車(GM)、克萊斯勒(Chrysler)、福特(Ford)等汽車品牌大廠亦計(jì)畫于未來下一代車款導(dǎo)入相容于Qi和PMA 的雙模無線充電芯片，以提供終端用戶更友善的使用體驗(yàn)，特別是通用汽車已強(qiáng)制規(guī)范車用智能手機(jī)充電裝置供應(yīng)商必須符合PMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，亦激勵(lì)芯片大廠加緊投入支援Qi與PMA標(biāo)準(zhǔn)的雙模無線充電芯片開發(fā)。

GM力拱　雙模無線充電IC涌商機(jī)

安富利半導(dǎo)體事業(yè)部產(chǎn)品副理?xiàng)钍烤暠硎?，通用汽車入股無線充電技術(shù)研發(fā)公司Powermat后，為力挺Powermat所推動(dòng)的PMA標(biāo)準(zhǔn)，已計(jì)畫于下一代車款中導(dǎo)入，也因此，未來供應(yīng)給通用汽車的車用智能手機(jī)充電座皆必須符合PMA無線充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

楊士緯進(jìn)一步指出，現(xiàn)階段尚未有智能手機(jī)品牌商與芯片業(yè)者推出僅支援PMA標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品;相較之下，無線充電聯(lián)盟(WPC)所推的Qi標(biāo)準(zhǔn)則已獲得眾多智能手機(jī)品牌商支持，并有終端商品問世，因此WPC聯(lián)盟的芯片商紛紛展開相容于Qi和PMA標(biāo)準(zhǔn)的雙模無線充電芯片方案部署，以助力汽車充電模組廠設(shè)計(jì)出符合通用汽車要求的車用智能手機(jī)充電方案，打進(jìn)供應(yīng)鏈體系。

據(jù)了解，Qi與PMA標(biāo)準(zhǔn)皆屬于電磁感應(yīng)式的無線充電技術(shù)，因此既有的Qi芯片開發(fā)商僅須向PMA聯(lián)盟取得通訊協(xié)議(Protocol)韌體授權(quán)，并置入芯片中，同時(shí)調(diào)整小部分的外部電路設(shè)計(jì)，即可開發(fā)出相容于Qi和PMA標(biāo)準(zhǔn)的雙模無線充電芯片。

日前，IDT已率先業(yè)界發(fā)表相容于Qi與PMA標(biāo)準(zhǔn)的雙模無線電源接收器IC--，IDTP9021。據(jù)了解，IDTP9021是IDT無線電源接收器IDTP9020的強(qiáng)化版本，係業(yè)界首款獲得PMA預(yù)認(rèn)證(Pre-certification)的產(chǎn)品。

楊士緯透露，除IDT之外，安富利所代理的兩大無線充電芯片大廠飛思卡爾和德州儀器，亦正快馬加鞭投入雙模無線充電方案開發(fā)，預(yù)計(jì)產(chǎn)品將于下半年問世。

不讓IDT、飛思卡爾及德州儀器專美于前，恩智浦(NXP)亦正緊鑼密鼓地展開多模無線充電芯片方案布局，準(zhǔn)備大舉進(jìn)軍車用智能手機(jī)充電裝置市場(chǎng)。

圈地車用無線充電　NXP部署多模方案

恩智浦正借重近距離無線通訊(NFC)技術(shù)待機(jī)(Standby)零功耗的優(yōu)勢(shì)，并整合無線充電聯(lián)盟(WPC)、PMA(Power Matters Alliance)、A4WP(All for Wireless Power)等不同無線充電陣營的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出更省電的多模無線充電芯片方案，以瓜分車用智能手機(jī)充電裝置市占。

圖3 恩智浦大中華區(qū)汽車事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理甘治國

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恩智浦大中華區(qū)汽車事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理甘治國表示，該公司的多模無線充電芯片方案上市時(shí)間仍未定案。

恩智浦大中華區(qū)汽車多媒體及移動(dòng)互聯(lián)，ITS產(chǎn)品區(qū)域市場(chǎng)經(jīng)理甘治國(圖3)表示，WPC與PMA陣營無線充電標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品已在美國與日本智能手機(jī)市場(chǎng)遍地開花，且2013年已可見到配備WPC標(biāo)準(zhǔn)無線充電裝置的車款上市。[!--empirenews.page--]

甘治國進(jìn)一步指出，看好無線充電在車用智能手機(jī)充電裝置市場(chǎng)的前景，該公司正加緊開發(fā)出整合NFC技術(shù)、支援各種不同無線充電標(biāo)準(zhǔn)的多模無線充電芯片方案，藉此降低多模無線充電芯片的耗電量，并透過NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線充電裝置與藍(lán)牙耳機(jī)互聯(lián)的功能，以及提升終端用戶的操作便利性，積極分食車用無線充電市場(chǎng)杯羹。

據(jù)了解，恩智浦為PMA和A4WP陣營成員，因此未來將計(jì)畫開發(fā)出整合NFC技術(shù)、支援PMA與A4WP陣營無線充電標(biāo)準(zhǔn)的多模無線充電芯片方案。此外，甘治國強(qiáng)調(diào)，著眼于WPC陣營的Qi標(biāo)準(zhǔn)已掌握近50%的市占，該公司亦將快馬加鞭地展開整合NFC技術(shù)，支援PMA、A4WP及Qi標(biāo)準(zhǔn)的多模無線充電芯片方案部署。

事實(shí)上，恩智浦已于2013年國際消費(fèi)性電子展(CES)中，展出諾基亞(Nokia)、Nexus 4等智能手機(jī)搭配該公司多模無線充電芯片方案的無線充電裝置使用情境。

值此智能手機(jī)和汽車品牌商展開多模無線充電方案布局之際，系統(tǒng)開發(fā)將面臨叁大難題，分別為將眾多頻段整合在同一頻段天線導(dǎo)致編解碼不易、延長充電距離及改善發(fā)射端和接收端在空氣中傳遞能源的效益，其中前兩者與芯片設(shè)計(jì)息息相關(guān);后者則與天線設(shè)計(jì)密不可分，將成為半導(dǎo)體與天線業(yè)者面臨的開發(fā)挑戰(zhàn)。

多模無線充電IC編解碼/充電距離瓶頸難解

黃耀宗指出，目前芯片商可借重向各無線充電標(biāo)準(zhǔn)陣營取得通訊協(xié)議韌體授權(quán)，再搭配各半導(dǎo)體廠商自行開發(fā)的演算法軟件，以及外部電路設(shè)計(jì)調(diào)整、調(diào)變方式改變、加大記憶體及微控制器(MCU)運(yùn)算效能，克服無線充電芯片編解碼復(fù)雜度增加的問題。其中，芯片商為因應(yīng)多模無線充電芯片運(yùn)算效能要求，將會(huì)以32位元微控制器取代單模無線充電芯片中使用的16位元微控制器，至于飛思卡爾的多模無線充電芯片則將選用Cortex-M0和Cortex-M4核心的32位元微控制器。

圖4 致伸研發(fā)部資深經(jīng)理丘宏偉

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致伸研發(fā)部資深經(jīng)理丘宏偉認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)單模方案，多模無線充電芯片無論技術(shù)難度與成本皆將倍增。

至于延長充電距離方面，致伸研發(fā)部資深經(jīng)理丘宏偉(圖4)認(rèn)為，芯片商最可能透過縮小波束(Beam)達(dá)成延長充電距離，不過卻容易導(dǎo)致對(duì)位困難的弊病，因此現(xiàn)今仍難突破多模無線充電系統(tǒng)充電距離偏短的技術(shù)桎梏。

另外，多模無線充電天線則可望借助改良式線圈，大幅降低能源損耗。

改良線圈設(shè)計(jì)　多模方案天線能耗下降

著眼于天線設(shè)計(jì)為降低多模無線充電系統(tǒng)的發(fā)射端至接收端能源損耗大增的關(guān)鍵，TDK、高創(chuàng)、Panasonic等天線供應(yīng)商正透過改良磁力線圈的磁性元件材料，以及利用磁力線圈改變天線形狀，達(dá)到減少多模無線充系統(tǒng)電發(fā)射端至接收端的能源損失。

王世偉表示，盡管目前產(chǎn)業(yè)界尚未制定出多模無線充電系統(tǒng)的規(guī)范，然無線充電系統(tǒng)商為提供終端用戶更順暢和便利的使用體驗(yàn)，仍須遵循WPC所制定的發(fā)射端至接收端能源損失不得超過30%的效能準(zhǔn)則。

王世偉進(jìn)一步指出，相較于單模無線充電系統(tǒng)的接收端，多模無線充電系統(tǒng)的接收端產(chǎn)品更難符合接收端產(chǎn)品能源效益須達(dá)70%以上的目標(biāo)，此須借力天線製造商改善線圈，以優(yōu)化天線設(shè)計(jì)達(dá)成。

據(jù)了解，過去囿于磁性元件材料，因此線圈的面積偏大且厚度較厚，影響智能手機(jī)的薄型化設(shè)計(jì);現(xiàn)今TDK、Panasonic、高創(chuàng)等天線製造商已紛紛設(shè)法突破物理及限提高磁性元件的純度和密度，其中，高創(chuàng)更挾加入排列過的氧化物元素，提高磁性元件的性能。

王世偉談到，有鑒于磁性元件左右線圈良窳，TDK、Panasonic、高創(chuàng)等天線業(yè)者將透過改良過的磁性元件排列磁力線，以提升電氣特性，降低接收端所接收的能源損耗;再利用線圈改變天線形狀，讓磁力線完全轉(zhuǎn)換為電能，達(dá)到更好的接收效益。

圖5 臺(tái)北科技大學(xué)電子工程系電腦與通訊研究所副教授邱弘緯

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臺(tái)北科技大學(xué)電子工程系電腦與通訊研究所副教授邱弘緯強(qiáng)調(diào)，支援多模無線充電技術(shù)的智能手機(jī)將須面臨擺脫充電背蓋的技術(shù)難題。

另外，臺(tái)北科技大學(xué)電子工程系電腦與通訊研究所副教授邱弘緯(圖5)補(bǔ)充，支援多模無線充電標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)為實(shí)現(xiàn)更輕薄外觀設(shè)計(jì)，必須擺脫無線充電背蓋設(shè)計(jì)，因此于智能手機(jī)內(nèi)建多模無線充電芯片與多頻段天線將為大勢(shì)所趨。

不跟多模無線充電　臺(tái)IC廠專攻單模方案

面對(duì)半導(dǎo)體大廠紛紛投入多模無線充電芯片開發(fā)，國內(nèi)芯片業(yè)者為避免與國際芯片大廠在市場(chǎng)正面交鋒，再加上對(duì)于多模無線充電芯片市場(chǎng)需求仍在觀望，以及仍難克服開發(fā)技術(shù)瓶頸，因此仍側(cè)重在單模無線充電芯片方案布局。

富達(dá)通無線充電事業(yè)部經(jīng)理詹其哲(圖6)表示，盡管多模無線充電芯片已為大勢(shì)所趨，然觀察到國際半導(dǎo)體大廠開發(fā)雙模或多模無線充電芯片仍面臨諸多技術(shù)瓶頸，因此該公司短期內(nèi)將不考慮跟進(jìn)多模無線充電芯片方案布局。

圖6 富達(dá)通無線充電事業(yè)部經(jīng)理詹其哲

富達(dá)通無線充電事業(yè)部經(jīng)理詹其哲評(píng)估，著眼于多模無線充電芯片仍面臨諸多開發(fā)挑戰(zhàn)，該公司選擇專注于單模無線充電芯片布局。