观察iPad 2缩小体积、维持产品用电时效的设计关键

iPad 2厚度较iPad初代更薄，却能维持相同水准的电池性能，值得深入观察其设计关键。Apple

在现今3C产品持续要求缩小尺寸、减少体积的设计趋势下，尤其在随身便携式的产品应用方面，也希望利用简单的可重复充电电池供电，就能达到连续使用数天都不需充电的应用方式，但这类低功耗的电力系统设计，必须在几nA电流上锱铢必较，这时系统开发者就必须理解整个系统的功能目的、微控制器特性、元件性能，满足低耗电系统设计的严苛要求...

随着时代进步，消费者对于产品的要求不断提升，产品设计不但朝着持续缩小化的方向发展，在使用功耗方面，也必须持续压低电池供电系统的电力使用需求。

近来最热门的3C商品，应以Apple发表的iPad 2最为热门，其设计即号称仅使用以往初代iPad约2/3的机体厚度，原有的iPad一代A1315型锂电池，规格为3.75V/24.8W，而新的电池是3.8V/25W，容量为6,930mAh，两者电池差异并不算太大。但iPad 2保有初代iPad具有的连续10小时电力供应，这代表系统开发者必须在不改动原有系统零件需求、维持原设计架构下进行产品体积的厚度缩减，同时兼具电池效能设计。

这部分除必须面对产品机构方面的空间压缩，关键元件本身的缩小化研发设计，也是必要的手段之一，而如何透过系统化的节电设计，如透过电池减量，也是另一个缩小产品体积的思考方向。但开发遭遇的问题是，为了实践缩减产品厚度的设计目的，同时还要兼顾重量方面的消减，这代表着系统可用的电池数量必须加以限制，却又会与延续产品一次充电后的可离线使用时间产生设计上的冲突，如何在诸多冲突下取得平衡，达到缩小体积、延长装置使用时间、维持相对表现更佳的运行效能等目标，遂成为设计上的高难度挑战。

缩小PCB尺寸 让电池空间极大化

在进行新产品开发时，找来竞争产品进行拆解、观察，是系统设计初期常见的逆向工程手法，有助于启发新系统开发时的设计思维。以iPad 2的产品改版重点观察，其实在产品厚度已经有1/3缩减、电池体积也遭限制的设计条件下，可以使用的设计资源就会相对被限缩。

原有iPad初代的作法，是利用多层板PCB把电路空间大幅缩减，把电路板面积极度小型化，并设置于主机角落位置，借此腾出最大的机体内部面积与空间以容纳电池，而主机关键的网络模块、蓝牙模块、外部硬件按键/音量按钮等，仅使用极小的电路板区块，设置RF芯片，其余在电路上与主控电路的衔接部分，透过厚度相对较薄、可依机构弹性调整的软性电路板进行衔接，让最占空间的IPS触控面板与电池拥有最大的设置空间。

扩充电池蓄能水准 提供产品10小时使用性能

在iPad 2的产品进化上，不免俗地采行iPad初代的设计基础，电路板与必备无线功能亦采行相同方式进行设计，新产品另追加前/后镜头设置，但除了前镜头采取中央位置设计外，后镜头则依照原有的电路板配置方式，但比较前/后镜头，前镜头搭配FaceTime网络电话应用的功能，其拍摄视讯仅支持VGA/30fps，因此，元件体积本身就较为小巧，新的无AF设计镜头多已采行单芯片设计，元件厚度更迷你，置于中央位置并不会造成机构上的限制；而后镜头就不同了，因为后镜头的拍摄水准达720p/30fps，且具备AF功能，即便采单芯片设计，在元件方面也有一定程度的体积，把体积较大的后镜头设于装置背后的左上侧，可避免镜头模块限制了电池与面板的设置空间。

除在机构上尽可能增加关键元件的空间与设置弹性外，亦可让机构内部近5成的空间均用于设置电池，加上电池采行高效能的锂离子电池，可依机构构型采取方形或略微搭配机构的细部设计。有了够大的电池蓄能奥援，装置本身要超越同级产品的使用时效这件事，也就更容易达成。

除了尽可能扩充电池蓄能水准外，以量去延长使用时效是一个有效方法，而当空间尽可能扩张仍无法达到目标时，就必须朝关键零件缩小化的方向去进行改善。例如，iPad 2能将体积厚度缩减而不影响电池效能的另一关键，就是Apple将关键的IPS电容触控面板更进一步减少厚度，甚至将一般LCD面板需要的结构强化框体，部分转移到主机壳维持强化，但薄型化设计的面板零件在一般产品开发中，必须要有产量方面的资源挹注，才有可能回头要求零件供货商，定制小型化的零件支持，这部分的成本追加，必须透过量价制衡，方能维持产品于终端市场的价格竞争力。

采行省电型ARM微处理器 达到超省电的应用设计目的

移动产品要想发挥最大的性能，同时维持最佳的用电效能，其实最大的关键在于微控制器。目前多数的移动设备，只要具备大量运算、软件运行需求，都已朝向采行ARM架构的高效能、低耗能微控制器平台进行设计思考。

观察iPad的产品改版设计细节，其自原有的单核心ARM升级至双核心ARM设计，同时加大主存储器去达到加速运算并减少Flash数据转移的频次，让iPad 2达到1倍性能提升、9倍绘图效能提升，但电源耗用却维持与前代产品相近的设计水准。

除核心微处理器的强化之外，在产品架构与系统软件端的省电设计考量，也是必要的思考。例如，原有iPad初代的环境光感应器，在实际的省电应用方面，并没有发挥多大的效益，因为多数用户仍不喜欢屏幕在使用过程自动调整亮度，影响使用舒适度，往往会将此功能关闭，而iPad 2尝试将光感应器的功能近一步与IPS面板保护用的SmartCover配件进行功能整合，当使用者把SmartCover盖上屏幕时，装置会自动把面板显示与LED背光关闭，借此达到省电效果。