為蜂窩手機選擇電源管理

新一代蜂窩手機比前幾代手機更小，能夠實現(xiàn)PDA功能，在更大、更豐富多彩的顯示屏上發(fā)送電子郵件、即時消息和網(wǎng)頁瀏覽。某些型號包括 FM 收音機、MP3 播放器和數(shù)碼相機。

即使功能增加，消費者也希望在不增加尺寸的情況下獲得持久的電池壽命。將更多內(nèi)容塞進更小的手機中，同時消耗更少的電量，推動電源管理設計發(fā)揮了關鍵作用。為了應對這一挑戰(zhàn)，模擬IC制造商開發(fā)了更小、更高性能的電源解決方案。

電源管理 IC

大多數(shù)無線手機的核心是電源管理IC（PMIC）。PMIC 可處理大多數(shù)電源要求和其他模塊，如接口或音頻。領先的模擬半導體制造商提供PMIC作為完全定制、半定制和/或標準產(chǎn)品，通常使用針對混合信號和電源優(yōu)化的5V亞微米BiCMOS工藝。任何尚未集成到手機其他位置的模塊都是PMIC中集成的候選模塊;但是，建議進行一些審核，如圖 1 所示。不集成特定區(qū)塊是有原因的：1）如果使用不同的工藝設計，區(qū)塊可能更便宜或更小;2）由于技術進步或客戶需求的變化，模塊可能會從一個設計更改為下一個設計;3）該塊可能不是跨平臺通用的;4）該區(qū)塊可能會對進度提出積極的設計挑戰(zhàn)/風險;5）由于噪聲耦合等性能原因，該模塊可能不適合集成。

圖1.MAX1502標準產(chǎn)品電源管理IC是低風險、受限集成的一個例子，僅集成支持常用CDMA芯片組所需的最常見模塊。

盡管如此，將盡可能多的模塊集成到PMIC中的原因是明顯的成本和尺寸節(jié)省，特別是當集成對于大量手機來說很常見時?？梢酝ㄟ^逐步增加連續(xù)設計的集成來管理風險。

低壓差線性穩(wěn)壓器

蜂窩手機通常需要 5 到 12 個獨立的低壓差 （LDO） 線性穩(wěn)壓器。這個數(shù)字很高，不是因為有這么多單獨的電壓，而是因為LDO還充當具有電源抑制比（PSRR）的開/關開關，以防止噪聲耦合。大多數(shù)LDO集成在PMIC中，但由于PCB布局/布線、特定組件（如壓控振蕩器）的噪聲敏感性或需要為非標準模塊（如集成數(shù)碼相機）供電，仍然存在一些分立單元。分立形式中，采用SOT150封裝的單通道23mA LDO多年來一直是熱門選擇。然而，當今較新的封裝、亞微米工藝和更好的設計以更小的尺寸提供了更高的性能。您現(xiàn)在可以在SOT300中采用單路23mA LDO，在SOT150中采用雙路23mA LDO，或在微型SC120中采用單路70mA LDO，同時具有標準和超低噪聲（10μVRMS和85dB PSRR）兩種型號。此外，現(xiàn)代 UCSP? 提供盡可能小的尺寸，而新的 QFN 封裝允許最大的芯片尺寸，并在 3mm x 3mm 的塑料封裝中提供最高的導熱性。因此，QFN 封裝可實現(xiàn)更高電流的 LDO，并且每個封裝具有更多的 LDO。甚至還有三重、四重和五重 LDO，它們減少了分立實現(xiàn)和 PMIC 之間的界限。

用于處理器內(nèi)核的降壓轉換器

盡管LDO簡單小巧，但其主要缺點是效率，尤其是在為低壓電路供電時。隨著手機中PDA和互聯(lián)網(wǎng)功能的增加，應用了更強大的處理器，電源軌從1.8V到0.9V不斷減少。為了控制電池電流，應使用高效的降壓開關穩(wěn)壓器為內(nèi)核供電。低成本、小尺寸、高效率、低靜態(tài)（待機）電流和快速瞬態(tài)響應是設計考慮因素。協(xié)調(diào)這種困難的特征分組需要經(jīng)驗豐富的模擬設計和一些獨創(chuàng)性。如今，只有領先的模擬半導體制造商才提供合適的降壓轉換器，采用小型SOT23封裝，具有1MHz或更快的開關頻率，以允許使用小型外部電感器和陶瓷電容器。

用于RF功率放大器的降壓轉換器

在成熟的日本手機市場中，降壓轉換器還用于為CDMA收音機的功率放大器（PA）供電，以響應與基站的距離變化，具有不同的VCC電源電壓。當乘以發(fā)射概率密度函數(shù)時，降壓轉換器平均可節(jié)省40mA至65mA的電池電流。節(jié)省的電流量取決于輸出電壓步進的數(shù)量、PA 的特性以及在城市還是郊區(qū)環(huán)境中傳輸語音或數(shù)據(jù)?；谌毡镜某晒蛯σ患覛W洲WCDMA創(chuàng)新者的開創(chuàng)性努力，現(xiàn)在韓國，美國和其他歐洲手機制造商正在測試或設計開關穩(wěn)壓器。降壓轉換器的要求是尺寸非常小、成本低、輸出紋波低和高效率。同樣，SOT23轉換器是一個不錯的選擇。為了保持盡可能低的壓差，分立式低R型DS（ON）P溝道MOSFET通常用于在高功率傳輸時直接從電池為PA供電。為了進一步減小整體尺寸，最新的降壓轉換器（例如MAX8500系列）集成了這個額外的FET。

指示燈、指示燈和更多指示燈

對于帶彩色顯示屏的無線手機，由于電路簡單和非常高的可靠性，白光LED現(xiàn)在主導了背光應用。效率超過鹵素燈，但還不及熒光燈?，F(xiàn)代設計通常使用三個或四個白光 LED 用于主顯示屏，兩個白光 LED（在翻蓋式設計的情況下），以及鍵盤后面的六個或更多白色或彩色 LED。如果集成了相機，則可能會有四個用于閃光燈/頻閃燈和mpeg電影燈的白色LED。一個手機中總共有多達16個LED，所有這些都需要用恒定電流驅動。

多年前，日本的第一代彩色手機使用效率低下的1.5倍電荷泵和鎮(zhèn)流電阻器。（該解決方案有效地摒棄了他們通過在PA上增加降壓轉換器而努力節(jié)省的40mA電流。如今，大多數(shù)設計都使用基于電感的升壓轉換器，以實現(xiàn)更高的效率。然而，最新的1x/1.5x電荷泵在沒有電感器的情況下也能獲得類似的高效率，但LED的導線更多。由于白光LED電源的市場如此之大，因此有大量的IC可供選擇。需要考慮的是高效率、小外部元件、低輸入紋波（以避免將噪聲耦合到其他電路）、簡單的調(diào)光接口以及降低成本或增加可靠性的任何其他功能，例如輸出過壓保護。一些PMIC包括一個白光LED電源，但通常不會為多個顯示器或相機頻閃燈供電，或者它們可能效率低下或切換太慢。這將需要大電感器和電容器，并產(chǎn)生較大的輸入紋波。通常需要添加分立IC以與PMIC配合使用，或者找到高度集成的分立方案（例如MAX1582，圖2）。

圖2.由于LED背光是手機中電池功耗最高的產(chǎn)品之一，MAX1582采用高效升壓轉換器拓撲結構，照亮主顯示屏、副顯示屏和鍵盤。

電池充電

幾乎每部無線手機都使用簡單的線性充電器為其三個NiMH電池或單個Li+電池充電。大多數(shù)情況下，充電器集成在PMIC中，但為簡單起見，檢流電阻和/或調(diào)整管可能位于外部。有許多選擇可以控制散熱：1） 以 C/4 或更慢的速度充電;2）使墻上適配器輸出具有一定的電阻性，因此大部分壓降都發(fā)生在那里;3）使用脈沖充電和限流墻上適配器;4） 包括反饋以調(diào)節(jié)墻上適配器，使調(diào)整管兩端的壓降恒定;或5）添加一個恒定的熱控制環(huán)路，以節(jié)流以保持恒定的管芯溫度，這僅在調(diào)整管位于PMIC上時才實用。分立式充電器IC可能提供一定的靈活性，但對于手機來說，好處大大降低，因為集成充電器可以通過PMIC的串行接口輕松重新編程，以適應不同的電池化學成分或容量。

審核編輯：郭婷