而今，多媒體設(shè)備使用面積更大、清晰度更高的彩色顯示器，顯示器使用的時(shí)間也增長(zhǎng)了，背光功耗已提高到總功耗的50%以上。移動(dòng)設(shè)備曾有一段時(shí)間使用黑白顯示器，其背光使用兩個(gè)綠色發(fā)光二極管，背光功耗僅占移動(dòng)設(shè)備總功耗的10%。

盡管電池技術(shù)取得了一些新進(jìn)展，但電池容量的增加速度跟不上多媒體移動(dòng)設(shè)備能量需求的增加。由于電池技術(shù)的進(jìn)步跟不上電池使用需求，因此便攜設(shè)備制造商難以滿足消費(fèi)者的期望，除非開(kāi)發(fā)出降低功耗或提高電池容量的新方法，否則增加新功能就不可避免地會(huì)縮短電池使用時(shí)間。

除了基于時(shí)間的調(diào)光、顯示器暫停和亮度設(shè)置(由用戶設(shè)定)等方法外，許多移動(dòng)設(shè)備制造商正在采用環(huán)境光線感應(yīng)(ALS)、內(nèi)容自適應(yīng)背光控制(cABC)和鍵盤(pán)/GPIO擴(kuò)展器來(lái)減少電流消耗。

對(duì)于大多數(shù)便攜設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，顯示器背光成為導(dǎo)致電池很快耗盡的最主要原因之一。帶有高分辨率彩色顯示器的媒體密集型設(shè)備要求顯示器在任何時(shí)候都有適當(dāng)?shù)恼彰鳎悦饨档?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)性能和可讀性。

盡管需要持續(xù)提供背光且功耗相對(duì)較高，高品質(zhì)的透射式顯示器仍受到移動(dòng)設(shè)備制造商的青睞。與反射式顯示器相比，其室內(nèi)性能、NTSC(美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))色彩飽和度、高對(duì)比度和高亮度更勝一籌。要降低背光功耗，必須盡可能?chē)?yán)格地控制和管理背光強(qiáng)度。

雖然在不工作時(shí)進(jìn)行背光調(diào)光可節(jié)省功率，但由于許多設(shè)備包含Web瀏覽、電子郵件、GPS導(dǎo)航、游戲或視頻播放等功能，要求在長(zhǎng)時(shí)間的用戶互動(dòng)期間保持背光。

一種方式是通過(guò)產(chǎn)品設(shè)置菜單中的亮度控制來(lái)調(diào)節(jié)背光強(qiáng)度，以在使用這些功能期間節(jié)省功率，但這種方式需要用戶輸入信息并需針對(duì)不同的環(huán)境光線條件更改設(shè)置，才能切實(shí)獲得節(jié)電效果。這些方法對(duì)用戶并不實(shí)用，也不足以滿足今天的密集且獨(dú)特的使用情形的需求。

環(huán)境光線感應(yīng)(ALS)
液晶顯示屏或鍵盤(pán)所需要的背光量隨光線條件的改變而有很大變化。環(huán)境光線感應(yīng)依靠光電二極管或晶體管來(lái)測(cè)量局部光線強(qiáng)度。光源可以是太陽(yáng)、辦公室燈光或月光。傳感器把捕獲的光亮度轉(zhuǎn)變成電流或電壓，背光驅(qū)動(dòng)器或處理器可基于預(yù)設(shè)的閾值決定液晶顯示器或鍵盤(pán)要求多少背光。

在暗光條件下，用晴天所需的大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示器背光，不但浪費(fèi)能量且可導(dǎo)致黑暗條件下的眼球緊張。相對(duì)于在明亮條件下對(duì)典型使用情形驅(qū)動(dòng)背光LED所需的電流，根據(jù)環(huán)境光線條件改變背光強(qiáng)度可節(jié)省電流60%以上。

ALS實(shí)現(xiàn)方法
一些制造商使用模擬或數(shù)字光傳感器IC來(lái)檢測(cè)環(huán)境光。模擬光傳感器把光線轉(zhuǎn)換成電流，而數(shù)字光傳感器使用內(nèi)部ADC產(chǎn)生數(shù)字比特流。由于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，模擬光傳感器較為便宜。

無(wú)論使用哪種傳感器，都需要對(duì)輸出進(jìn)行解碼以便使用。許多設(shè)計(jì)使用主處理器，完成傳感器輸出解碼和背光控制。但是，主處理器必須足夠快，才能提供多媒體功能，其較高的速度和帶寬也意味著在實(shí)現(xiàn)ALS輪詢功能時(shí)有較大的電流消耗。因此，要降低電池消耗，必須最大限度地減少處理器的參與。

有些IC集成了光輸入解碼和背光驅(qū)動(dòng)控制功能。在背光驅(qū)動(dòng)器中集成光傳感器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，驅(qū)動(dòng)器使用簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)來(lái)完成任務(wù)，使解碼和背光控制所需的電流減少到不到20μA；其次，一切都在一個(gè)封裝中，在PCB布局中減少了連接和引線的數(shù)量；第三，最大限度地減少了在背光驅(qū)動(dòng)器和主處理器之間的通信。

為向手機(jī)制造商提供更大的靈活性，這些集成器件可通過(guò)編程來(lái)設(shè)置閾值、遲滯和濾波時(shí)間。由于產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)都各不相同，要求智能驅(qū)動(dòng)器具有足夠的靈活性來(lái)處理所有條件。可編程閾值使手機(jī)制造商可對(duì)光線輸入范圍(如白天、辦公環(huán)境或黑暗環(huán)境)編程，對(duì)每個(gè)閾值設(shè)置的遲滯可防止背光來(lái)回跳變。濾波時(shí)間讓用戶在進(jìn)行背光調(diào)整之前，可以設(shè)定手機(jī)在某個(gè)照明環(huán)境中所保持的時(shí)間。這些調(diào)整可方便地提供手機(jī)制造商所需的靈活性，以修正不同產(chǎn)品之間的參數(shù)差異。

圖1? 內(nèi)置光傳感器輸入和微型鍵盤(pán)/ GPIO擴(kuò)展器的背光驅(qū)動(dòng)器

顯示器背光分析
顯示器背光使用6個(gè)用18mA電流驅(qū)動(dòng)的LED串，從電池吸取111mA(假定LED正向電壓為3.5V，驅(qū)動(dòng)器效率為85%，電池電壓4V)。因此，如果一直以最大強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)，僅顯示器背光就將在9.9h內(nèi)消耗1100mA.h的電量。

顯示器并非在所有條件下都需最大強(qiáng)度的背光照明，在環(huán)境光線較弱時(shí)(如在辦公室、電影院和室外的夜晚)可降低照明強(qiáng)度，從而節(jié)省大量的能量。

晴天的亮度范圍為32000～100000lux，比明亮辦公室400lux的亮度大2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，當(dāng)從室外進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，把背光強(qiáng)度減少一半甚至更多將不會(huì)對(duì)顯示器的可用性或可讀性造成任何損害。由于大多數(shù)人60%的時(shí)間在辦公室里，這個(gè)背光亮度削減約可減少50%以上的電流消耗。對(duì)于前面的例子，背光功耗將由111mA降低到55.5mA。使用ALS，對(duì)同樣的顯示器，電量為1100mA.h的電池的使用時(shí)間將延長(zhǎng)到19.8h。

內(nèi)容自適應(yīng)背光控制(cABC)
如圖2所示，內(nèi)容自適應(yīng)背光控制(cABC)是一種分析顯示內(nèi)容并根據(jù)圖像的灰度使用伽瑪校正技術(shù)調(diào)整顯示器背光的方法。顯示驅(qū)動(dòng)器把PWM波形輸出到背光驅(qū)動(dòng)器，并根據(jù)視頻內(nèi)容灰度和使用伽瑪校正來(lái)改變占空比，對(duì)黑暗圖像降低背光。在保持逼真的顯示效果的同時(shí)，該技術(shù)降低了背光功耗并提高了顯示對(duì)比度。這種方法在視頻播放時(shí)尤其有用，因?yàn)楫?huà)面可能會(huì)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才從亮變到暗。cABC還可以減少靜態(tài)圖像和標(biāo)準(zhǔn)菜單屏幕的電流消耗。

圖2? 內(nèi)容自適應(yīng)背光控制(cABC)

可通過(guò)修改移動(dòng)產(chǎn)品的用戶界面來(lái)利用這些節(jié)省方法。隨圖像數(shù)據(jù)的不同，cABC可以把顯示功耗降低20%?50%。如果與ALS相結(jié)合，能量節(jié)省幅度可超過(guò)70%。IC制造商已經(jīng)在IC設(shè)計(jì)中利用cABC與ALS相結(jié)合帶來(lái)的功率節(jié)省。

鍵盤(pán)背光
除顯示器背光之外，ALS還可以節(jié)省鍵盤(pán)背光功耗。大多數(shù)鍵盤(pán)有一個(gè)可視的絲網(wǎng)，當(dāng)有足夠的環(huán)境光可用時(shí)，鍵盤(pán)不需要背光。對(duì)于一般尺寸的鍵盤(pán)，基于LED或電致發(fā)光燈(EL)技術(shù)的背光從電池汲取約30mA電流。如果沒(méi)有ALS，鍵盤(pán)必須在任何時(shí)候都打背光，消耗大量的能量。利用ALS，背光驅(qū)動(dòng)器可以關(guān)閉或調(diào)暗鍵盤(pán)背光從而節(jié)省數(shù)百mA.h的能量。帶有集成ALS控制的背光驅(qū)動(dòng)器在光線變化時(shí)以中斷方式通知處理器，以便改變鍵盤(pán)或其他外設(shè)照明。

在用1100mA.h電池、111mA背光電流的顯示器可以播放7h視頻的設(shè)備上，視頻模式功耗占總功耗的70%。依靠ALS可把顯示器背光電流消耗削減一半，視頻播放時(shí)間將從7h延長(zhǎng)到10.8h。表1給出了在不同照明環(huán)境下ALS帶來(lái)的能量節(jié)省。前例中的顯示器和鍵盤(pán)背光在背光強(qiáng)度最大時(shí)汲取141mA的電流。在白天，鍵盤(pán)背光可完全關(guān)閉并節(jié)省21%的背光電流。真正的電流消耗節(jié)省是在辦公室和黑暗環(huán)境中。在辦公室環(huán)境，顯示器背光電流可削減50%而沒(méi)有明顯的顯示質(zhì)量下降，且同樣無(wú)須鍵盤(pán)背光就可看清鍵盤(pán)。依靠ALS實(shí)現(xiàn)，總的背光電流消耗可減少61%。在黑暗環(huán)境，合理地減弱鍵盤(pán)背光并在黑暗環(huán)境中保持充分大的電流，可把顯示器背光電流降低到24mA，總的背光電流消耗可減少62%。

表1 在不同亮度環(huán)境下ALS對(duì)背光電流消耗的影響比較

GPIO/鍵盤(pán)擴(kuò)展器
為了更好地利用電池的每mA.h電量，必須尋找所有可能的節(jié)能方法。近年來(lái)，短信量增加了100倍。青少年向朋友和親人發(fā)短信的次數(shù)比在手機(jī)上談話還要多。雖然沒(méi)有像背光那樣大的功耗，但每次擊鍵都會(huì)喚醒應(yīng)用處理器，在幾ms時(shí)間內(nèi)消耗幾mA電流。每天數(shù)千次按鍵累加起來(lái)可使耗流量迅速增加，進(jìn)而消耗幾十mA.h的電池容量。為提高處理器帶寬和減少處理器耗電，在QWERTY蜂窩電話設(shè)計(jì)中，手機(jī)設(shè)計(jì)人員依靠鍵盤(pán)擴(kuò)展器來(lái)處理鍵盤(pán)。鍵盤(pán)擴(kuò)展器處理所有按鍵，從而節(jié)省處理器帶寬和降低耗流。鎖鍵功能和光傳感器解碼等功能也集成在IC中，從而節(jié)省更多的帶寬和功耗。