如何促使产品更环保

　　如今, 人们之间通过电子产品紧密相联，而每个电子产品所具有的功能也越来越多。由于需求以及生活方式的不同，要求电子产品必须具备互联功能、无线或有线的媒体传输能力以及为不同应用进行大量数据处理的能力。举例来说，你愿意携带一部只能对话而没有音乐、视频、游戏、邮件、拍照、及存储功能的手机么?现阶段，我们已经可以见到带有摄像甚至更先进功能的手机。由于每个电子产品或设备增加了众多的功能，电池功率、密度及容量也因此增加。这给我们所居住的环境带来了大量的能耗、能源浪费，以及几十亿无法回收的废弃电池。如果处理不当，就会对我们的环境带来很大伤害。为了解决这个问题，我们需要做到不浪费能量或能源，每个电子产品的功能设计为低能高效。当然我们并不想限制电子产品的功能，但是我们可以通过先进的设计、技术，以及部件系统构架集成更好地转换能量并减少能耗。以下介绍关于这方面各种努力方向。

　　设计

　　从设计的角度来说，无论是在芯片级还是板级，电能的利用可以通过电量节约技术和具有各种系统操作模式的工艺功能减至最小，而并不牺牲预期或所需输出质量(无论是什么要求)。让我们以手机为例，可以在不同的层面上节约电量，见表1。

　　技术

　　在这方面，技术扮演着重要的角色， 涉及每个设备或器件针对某一指定功能或性能，如何有效地利用电能。例如，制造芯片的工艺决定IC将在何种电压运行，每个器件(晶体管，逻辑门等)如何以最小的功率工作。对于晶体管，我们将考虑设备增益。如果以MOSFET为例，则须考虑在何种Vgs将输出何种强度的Ids。此外，还须考虑可能会消耗和损失宝贵功率的泄漏和寄生。例如在晶体管导通时，FET的Rdson会指示导电损失如何。流经此电阻的电流将会转化为热能，对于设备输出而言就是损失功率。

　　Freescale 借助首创的SMARTMOSTM工艺取得了极佳的效果。该工艺可输出高功率并最优化便携设备的关键需求，如低泄漏、低Rdson并具有高精度和很好的性能。

　　器件/构建块

　　无论是有源还是无源的器件，在工作状态下，都将有功耗损失。例如，电容将产生串联电阻(ESR)，其将转化为热损，而电感将产生直流电阻(DCR)，其将构成对线路或系统的损失。法拉第告诉我们在理想状况下这些设备不会产生损失，但是实际情况是任何东西都不是理想的。即使是无电阻元件也是非理想的，也将构成损失。例如，降压转换器在开关FET处于关机状态时，续流二极管要求一个正向偏压通过以使电流流动。这个经过二极管的压降将构成损失，这是由于它并不对功率输出产生任何贡献，而只是使输出电流流动。类似地，LED需要正向偏压来使其开启，对于某些彩色LED，这个值可能高至4V。值得庆幸的是，随着科技的进步，这些不受欢迎的特点都越来越小了。由于封装和电容和电感的形成取得了进步，寄生减少，从而ESR或DCR可以减小。二极管如肖特基二极管现在采用较低的正向偏压生产，从而更多的电压可以用于输出。同样地，LED偏压也越来越小。

　　在污染环境方面，可能没有哪个器件比我们用在便携设备(数码相机或移动电话)的电池更令人担忧。按现在我们消费的标准，每年将扔掉几十亿计的电池。一个电池一旦用完，其寿命就终止了，将被扔掉，如果没有恰当的处置，其中的酸和有毒化学品将会对环境造成危害。实质上，这将对我们的环境产生直接的危害，而前面所说的功率损失和寄生只是间接危害。尽管如此，由于我们人类所需要的不断增加的功能，以及能源使用效率的低下，助长了电池的浪费。如今我们看到电池生产商采用先进的技术生产使用寿命更长的电池。例如，20年前，大多数电池是NiMH电池而不是锂电池(Li ion), 而且电池单位能量也比今天的低很多。现在锂电池或聚合物锂电池在手机等便携设备中广泛应用。人们已经开始引入更先进的，在相同条件下具有更高能量密度、使用寿命更长的电池。由便携式电子设备引发的电池技术下一浪潮，其主角是Iron-Li-ion(FeLi)电池。这些电池充电快、寿命长，而且更安全、单位储存能力也更高。另一技术进步就是目前备受追捧的燃料电池，这些电池更环保，无需充电，只要有氢燃料供应就可提供能量。实际上，人们正在加快研制用于便携应用RFID(射频身份认证)的燃料电池，努力使其尽快投放市场。另外，政府和专业机构如U.S. Fuel Cell Council，或燃料电池工业协会也在美国成立并致力于燃料电池的发展和普及。

　　最后，我以显示器来结束这个构建块列表，很多大大小小的公司、科学家或工程师试图推出耗电更省的显示器。如果你看一下电子产品，对人类最直接的界面就是显示器。你需要显示器来浏览，玩游戏，或者查看你正在写的或控制的内容，或输入你想要运行的功能。这也是数码相机或手机LCD显示器越来越大，颜色分辨率越来越高的原因。这也导致更多的电能消耗和电池消耗。为了解决这个矛盾，应运而生的Bi-stable显示器技术无须消耗功率就可显示图片内容。我们已经看到了诸如日本的e-books电子图书已在使用这种技术。该技术无须电能显示已经显示的图片，而且永远不需要。只有在需要更换或刷新时才消耗电能。而且，其具有反射手段无须背光灯，只须环境光线就可以了。这与传统显示器形成鲜明对比，如STN， LED， 或LCD都需要连续的电能来浏览或将图片停留在显示屏。这种新技术将使终端产品重量更轻并可以在极低的能量下运行，进而意味着可节省更多的能量，使我们的环境更环保。该技术最适合无须频繁改变显示内容的应用，如eBook,或机场及火车站电子时间表。该技术也广泛被称为ePaper显示(EPD)，或eInk无电显示。

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　　封装

　　封装在降低成本，以及性能和最小化方面所作的努力由来已久。但是，直到最近，政府和各国才强制使用无铅和符合RoHS标准的允许材料。RoHS标准即为Reduction of Hazard Substances，是一个指令，要求从电子电气产品中消除铅、镉、汞、六价铬、某些阻燃剂、聚溴联苯(PBB)及聚溴二苯醚(PBDE)。该指令由欧盟2006年7月1日生效。人们通常将RoHS称为无铅指令，而实际它限制的更为广泛，包括以下6种物质：

　　1. Lead [铅];

　　2. Mercury [水银];

　　3. Cadmium [镉];

　　4. Hexavalent Chromium (chromium xxx or Cr6+) [六价铬];

　　5. Polybrominated Biphenyls(PBB)[聚溴联苯];

　　6. Polybrominated Diphenyl Ether (PBDE) [聚溴二苯醚]。

　　(注：PBB 和PBDE是使用在几种塑料中的阻燃剂)

　　为了支持RoHS指令，自2006年3月，Freescale通过pdf和网络手段来提供材料组成与合规数据(基于IPC1752表)。新产品将全部符合RoHS指令而旧产品将转为合规产品。

　　尽管电池不受RoHS限制，也有指令和限制专门强调需要提高和保护环境免受来自电池废物的负面作用(例如欧盟1991电池指令(91/157/EEC))。

　　综述

　　对于如何促使电子产品更环保，我们可以看看Freescale的TPMS(轮胎压力监控系统)。众所周知，TPMS是一种安全监视系统，用于监视汽车轮胎压力和温度，如果压力超过安全范围就会向司机报警。Motorola或FSL是最早进入这个领域的公司，始于1985年。多年以来，美国政府立法要求小型汽车必须安装TPMS。我们也看到其他国家也在开始采取这项措施，中国正积极推动在大型车安装这个系统。Freescale的TPMS解决方案在封装IC内置了RF设备、传感器以及MCU，可以容易持久地置于汽车轮胎。所采用的材料符合RoHS规定，将多种智能集成于单一设备意味着更少的器件。此外，我们除了有压力器，还有加速度器用于在汽车运行检测，所以无须运行IC，因此只需要很小的能量。我们的TPMS寿命很长(一般8~10年)，大大超过了轮胎的寿命。这就是我们在封装、设计、系统(软件和硬件)及器件层面所实现的结果，我们在努力寻找途径最小化使用地球资源。Freescale将继续生产可以帮助提高机械、汽车、和电子系统能源和燃料效率的产品，同时也改善我们的生活。

　　到目前为止所提及的都是为使我们的环境更环保并且在我们每天使用的产品中应用的努力。十亿堆电子废物和对功率使用的低效影响我们生态系统并对我们的生存环境形成巨大危胁，我们需要现在就处理这个问题，不可将其留到以后。政府和大公司采取更多措施来改善被污染的环境并引导大家在这个方向努力。Freescale 也不例外，通过在产品中使用更环保的材料和设计特点来改进我们的环境。此外, Freescale还督促雇员设计和生产需要更少能量、更加高效,、环境更加友好的产品。这不仅体现在产品中而且是全球性计划譬如EPP - Environmentally Preferred Products program。EPP 是Freescale针对顾客和产品内容的规定要求所作的努力，主要包括欧共体和中国RoHS 指令和填充料方针。

　　无须赘述，我们的人口还在增加，我们对新技术的渴求也比以往来的更加猛烈。 我们需要更有责任感，更积极主动地使我们的环境更清洁更友好。