Så mycket effekt drar olika delar av mobilen Skärmen Den stora energislukaren i mobiltelefonen idag. Kan typiskt dra 70-350 mW, beroende på storlek. Detta i kombination med att skärmen är på allt mer gör att den kan dra upp till 80 procent av den totala effektförbrukningen i telefonen. Datatrafik Med GPRS kan man använda fler tidsluckor för att skicka och ta emot data. Men effektförbrukningen ökar proportionellt med antalet tidsluckor, till det dubbla eller mer, jämfört med taltrafik, under själva överföringen. För 3G drar datatrafik bara marginellt mer effekt än taltrafik. Kamera Mobilkameror drar typiskt 150-200 mW. Men de används under relativt kort tid åt gången, vilket gör att de inte påverkar batteritiden så mycket. Taltrafik I värsta fall 500 - 1 000 mW. I bästa fall mindre än 1 mW. I normalfallet ligger effektförbrukningen för taltrafik på en eller ett par hundra mW. Musik Ljuddekodern kan dra 50-100 mW. Om den används till polyfoniska ringsignaler är förbrukningen försumbar. Används den till MP3-spelare blir den mer märkbar. Energiåtgången kan minskas om funktionen finns i ett integrerat multimediakretspaket. 3D-spel 3D-grafik drar förvånansvärt litet effekt. Kretsar för 3D-grafik till mobiltelefoner drar typiskt 40 - 100 mW. Bluetooth Senaste generationens Bluetoothkretsar drar under 10 mW. Tidigare hade Bluetooth en märkbar påverkan på energiförbrukningen, nu är den försumbar. Video Drar idag ca 50 mW. Med en videostandard för mobiler som kan implementeras i signalprocessorer kan effektförbrukningen fås ner avsevärt. Batterierna Litiumjon och Litiumpolymer används nästan uteslutande. Litiumjon har en energidensitet på 450 wattimmar per liter, eller 200 wattimmar per kilo. Litiumpolymer har något bättre densitet mätt i kilo, något lägre mätt i liter.

- över 50 procent av energin går till belysningen av färgskärmen i nya telefoner. Ibland till och med 80 procent, säger Mats Lindoff på Sony Ericsson.

övergången till färgskärmar är en viktig orsak. Färgskärmar drar 20-30 procent mer ström än svartvita skärmar. Detta beror framför allt på att de behöver vita lysdioder som bakgrundsbelysning för att färgåtergivningen ska bli korrekt. Vita lysdioder drar mer ström än andra dioder. Dessutom kräver de vanligen 14-16 volts matningsspänning, betydligt mer än de 3,5 volt batteriet vanligen levererar, och spänningsomvandlingen orsakar ytterligare förluster.

Skärmen lyser mer
Framför allt är det de nya multimediatillämpningarna som gör att skärmen är påslagen oftare och längre. Kamera, 3D-spel och kalendrar är exempel på funktioner som ökar skärmanvändningen.

- Beroende på storlek drar skärmen mellan 70 och 350 mW, uppskattar Michele Casetta, marknadsansvarig för energihanteringsprodukter på Atmel.

Detta kan sättas i perspektiv mot telefondelen:

- Telefonen måste vara byggd för att klara värsta fallet. Maximal toppeffekt med GSM är 2 W i 900-bandet och 1 W i 18/1900-banden. Telefonen sänder bara en åttondel av tiden, vilket ger 125-250 mW. Säg att hälften försvinner i antennfilter och hälften i effektförstärkaren. Det ger 500 mW-1 W för att få ut signalen, förklarar Kjell Gustafsson på Ericsson Mobile Platforms.

Detta räkneexempel är dock extremfallet. I Sverige är normalfallet ofta flera gånger lägre.

- Du märker det på att det tutar i stereohögtalarna när det ringer. Det är innan basstationen har beordrat sänkning av effekten. Sedan tystnar det oftast, säger Kjell Gustafsson.

Data drar mer
Även radiodelen visar dock tendenser till att dra mer ström. GPRS gör det möjligt att använda mer än var åttonde tidslucka i GSM-systemet till dataöverföring, och om man dubblerar antalet använda tidsluckor dubbleras naturligtvis också effektförbrukningen.

För 3G ser ekvationen litet annorlunda ut. Den teoretiska maxuteffekten är som för GSM 250 mW. Men till skillnad från GSM sänder WCDMA kontinuerligt, vilket gör att radiodelen som helhet drar litet mer ström. Dessutom har effektförstärkarna i 3G-telefonerna än så länge bara en verkningsgrad på cirka 40 procent, att jämföra med 60-70 procent för GSM.

- Det är fortfarande grymt mycket bättre än för första generationen av GSM, så någonting har vi lärt oss. Men för vanliga röstsamtal slår GSM WCDMA med 50-100 procent. Man kan nog räkna med dramatiska förbättringar här de närmaste åren, tror Kjell Gustafsson.

3G vinner i längden
För datatrafik vinner dock 3G över GSM i och med att effektåtgången inte ökar med bandbredden.

- När vi har testat videotelefoni över 3G på våra prototyper har det bara dragit aningen mer, kanske 20 procent, än vanlig röstelefoni. Det är tack vare WCDMAs energieffektivitet för datatrafik, berättar Kjell Gustafsson.

Övriga funktioner i mobiltelefonen, det må vara multimediaprocessorer, MP3-spelare eller videokameror, drar förvånansvärt litet effekt.

Några tiotal milliwatt här eller där, mer om funktionerna måste utföras i programvara, mindre om de kan integreras i kretsar som kan sköta flera av funktionerna.

- Video skulle påverka batterilängden så länge den kördes i mjukvara. Då skulle effektåtgången bli 40-50 mW. Om man fick till stånd en standard så att funktionen kan köras på en signalprocessor kommer man ner i 4-5 mW, tror Mats Lindoff.

- Polyfoniska ringsignaler och mobilkameror används under så kort tid åt gången att deras energiförbrukning knappt märks, påpekar Kjell Gustafsson.

Det är framför allt genom ökningen av skärmanvändningen som dessa funktioner drar upp effektförbrukningen. Helt klart är att efterfrågan på energi i telefonen ökar snabbare än tillgången.

- Batterierna ökar lite i verkningsgrad hela tiden, kanske med 5 procent per år. Ersättningstekniker som bränsleceller verkar vara långt borta, säger Mats Lindoff.

Litium dominerar
De två helt dominerande batteriteknikerna för mobiltelefoner är litiumjon och litiumpolymer. De är likartade i pris och prestanda.

Skillnaden ligger framför allt i att litiumjon är en traditionell batteriteknik med metallkanna, medan litiumpolymer kan byggas tunnare. Litiumjon har något bättre energidensitet mätt per liter, litiumpolymer mätt i kilo.

Om telefonerna ska kunna hålla batteritiden krävs det i stället effektiviseringar på åtgångssidan, och det är på skärmen mest finns att hämta. Mobiltillverkarna spanar längtansfullt efter organiska lysdioder, OLED. I OLED består bildpunkterna av små färgade lysdioder.

I och med att bildpunkterna i sig lyser, i stället för att absorbera bakgrundsbelysning, är de betydligt energieffektivare. Tekniken är nära kommersiell etablering, men än finns det frågor om bland annat skärmarnas livslängd.

- Om OLED-tekniken klarar av att hålla vad den lovar skulle den kunna halvera strömförbrukningen för skärmen, säger Mats Lindoff.

Elias Nordling