現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)電話(huà)的電源管理：滿(mǎn)足子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

電源管理的發(fā)展趨勢(shì)，正由產(chǎn)品要加入更多功能的需求所推動(dòng)。集成無(wú)線(xiàn)設(shè)備，例如智能電話(huà)便結(jié)合了多種功能于一身，包括蜂窩電話(huà)、PDA、數(shù)碼相機(jī)、音樂(lè)播放器GPS，這會(huì)進(jìn)一步突破技術(shù)的界限，而電源管理也不例外。本文將討論當(dāng)今最先進(jìn)蜂窩電話(huà)設(shè)計(jì)所使用最新的電源管理產(chǎn)品。

圖1  采用FAN5613的白光LED驅(qū)動(dòng)器偏置電流方案

圖2  主板分布式電源管理系統(tǒng)的示例

智能電話(huà)子系統(tǒng)
先進(jìn)的智能電話(huà)系統(tǒng)(配有手機(jī)和AC適配器/充電器)由五個(gè)主要電路板組成：顯示板、基帶主板、鍵盤(pán)板、鋰離子電池板及AC適配器板，還為數(shù)碼相機(jī)、藍(lán)牙或其它功能提供附加模塊。相應(yīng)地，電源管理也分成五個(gè)子系統(tǒng)。
?顯示板上的LED驅(qū)動(dòng)器IC及四個(gè)白光LED；
?鍵盤(pán)板上的LED驅(qū)動(dòng)器及八個(gè)白光或藍(lán)光LED；
?主板上的電源管理IC ；
?電池組中的鋰離子保護(hù)電路和電量測(cè)量IC及MOSFET；
? AC適配器板中的離線(xiàn)控制IC。

顯示板
單色顯示器的背光可由不同顏色組成，一般采用四個(gè)相同顏色的LED燈。智能電話(huà)的彩色薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)僅需要白色背光。白光LED二極管的正向?qū)妷旱?約為2.7V)，只需簡(jiǎn)單的DC電流即可發(fā)光。因此，電壓僅為3.1V的DC電源VDD必須為這些器件施加偏壓。由于偏置電壓低，四個(gè)LED因而可直接使用單個(gè)鋰離子電池供電，而鋰離子電池正是蜂窩電話(huà)的供電源。
單片四LED驅(qū)動(dòng)器(如飛兆半導(dǎo)體的FAN5613)采用微型MLP 8引腳封裝，為每個(gè)二極管提供40mA偏置電流(見(jiàn)圖1)。
由于連續(xù)時(shí)間電流控制會(huì)影響色彩的一致性，因此可通過(guò)開(kāi)關(guān)引腳，采用脈寬調(diào)制電源激勵(lì) LED，來(lái)增強(qiáng)色彩的逼真度。
鍵區(qū)板
與顯示板的配置類(lèi)似，鍵盤(pán)板也是采用LED燈照明，并通常使用八個(gè)白光或藍(lán)光LED。如果使用藍(lán)色背光，可用八個(gè)QTLP601C-EB InGaN/藍(lán)寶石表面貼裝LED，由兩個(gè)FAN5613 LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

圖3  采用FDW2508D實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)電量測(cè)量和保護(hù)

圖4  單個(gè)鋰離子電池的AC適配器

主板
絕大多數(shù)電子組件都集中在主板上，從基帶DSP、應(yīng)用MCU到收發(fā)器及模擬接口。其中，每個(gè)模塊均由專(zhuān)用穩(wěn)壓器供電。隨著智能電話(huà)的復(fù)雜度不斷增加，對(duì)電源管理的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。要達(dá)到這個(gè)要求，可采用基帶處理器內(nèi)的電源管理器，通過(guò)邏輯信號(hào)與外界進(jìn)行通信。在電源方面，穩(wěn)壓器可以接收邏輯信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。
在某些情況下，所有穩(wěn)壓器要求通過(guò)直接的邏輯信號(hào)，進(jìn)入輕載操作、休眠模式或關(guān)機(jī)模式。在其它情況下，例如為基帶處理器供電時(shí)，電源管理會(huì)變得更加復(fù)雜，需要電壓源隨所處理任務(wù)的變化而改變，提供剛好所需的功率。在這種情況下，穩(wěn)壓器需要與D/A轉(zhuǎn)換器及串行總線(xiàn)相耦合，以便與主微控制器進(jìn)行通信。這樣的電源管理方案在筆記本電腦及電池供電的設(shè)備中很常見(jiàn)，并早就超過(guò)了智能電話(huà)今日才達(dá)到的復(fù)雜性。(筆記本電腦所采用流行的電源管理方案為英特爾的Speedstep及AMD的PowerNow。)
圖2是主板分布式電源管理方案的示例，將簡(jiǎn)單的降壓式轉(zhuǎn)換器、SMBus串行至并行接口(如FM3570)組合在一起，讓CPU能以5位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率驅(qū)動(dòng)Vcore電源。開(kāi)關(guān)及線(xiàn)性穩(wěn)壓器的組合，可在簡(jiǎn)單與高性能之間取得最佳平衡，通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用邏輯引腳即能關(guān)閉所有器件。

電池組
電池組內(nèi)的電源管理主要包括鋰離子電池保護(hù)電路、電量測(cè)量IC及MOSFET。保護(hù)電路會(huì)測(cè)量電池電壓，一旦發(fā)現(xiàn)超出充電閾值，即會(huì)打開(kāi)旁路晶體管。電量測(cè)量可用于顯示電池充電的狀態(tài)，預(yù)測(cè)電池供電操作的剩余時(shí)間。圖3為電池內(nèi)電路的示例，采用雙MOSFET FDW2508D作為保護(hù)部分的旁路晶體管。

AC適配器
AC適配器板可進(jìn)行AC線(xiàn)路整流，將電壓降至可由主板控制的直流低電壓，或直接轉(zhuǎn)換為單個(gè)鋰離子電池所需的恒定電流/恒定電壓充電算法，然后起著適配器及充電器的功能。而只有前者的情況才需要主板上的充電器。在圖4中，AC適配器/充電器基于離線(xiàn)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，能達(dá)到最佳工作效率。在這個(gè)示例中，高壓產(chǎn)品FSDH0165直接通過(guò)AC線(xiàn)路供電，并集成了功率DMOS晶體管以降低復(fù)雜度。

結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)電話(huà)所采用的電源管理通常分為五個(gè)主要的子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)具有各自的集成特性。主板需要很多低壓電源，因此集成度較高。與之相反的是AC適配器(或適配器/充電器)，需要高壓(600-800V)及相對(duì)于低壓側(cè)的流電隔離。鍵盤(pán)板和顯示器板可采用相同級(jí)別的技術(shù)，即LED和LED驅(qū)動(dòng)器，而電池內(nèi)的電路則是另一個(gè)獨(dú)特的區(qū)域，需要真正的混合信號(hào)技術(shù)進(jìn)行電量測(cè)量和保護(hù)。