手機(jī)用電源技術(shù)-加快上市時(shí)間并符合高效成本與尺寸要求
目前便攜式應(yīng)用集成了越來(lái)越多的功能,普遍的趨勢(shì)是手機(jī)已經(jīng)逐漸從單純的電話(huà)功能轉(zhuǎn)化成為數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電視、游戲設(shè)備以及多媒體終端等多重角色。現(xiàn)時(shí)數(shù)字科技,容許負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的處理器也足以為終端用戶(hù)提供這些功能,不過(guò)卻也必須付出更高功耗的代價(jià)。
因此工程師就面臨了兩項(xiàng)主要的挑戰(zhàn),首先必須要能滿(mǎn)足許多功能的高度集成,其次則是提供足夠的電池使用時(shí)間,而在逐漸增加的功能外,用戶(hù)的另一個(gè)強(qiáng)烈需求則是手機(jī)的外型與尺寸。
用戶(hù)通常并不愿意犧牲電池的使用時(shí)間,也不想因?yàn)榧闪似渌δ芏淖兪謾C(jī)的尺寸與外型。誰(shuí)會(huì)愿意購(gòu)買(mǎi)一部集成了電視、MP3、MPEG4與PDA功能,但電池的運(yùn)作時(shí)間卻只有兩個(gè)小時(shí)的手機(jī)？
圖1 MPEG4系統(tǒng)方塊圖
要克服這些挑戰(zhàn),最好的策略是將更多的功能集成到芯片組中,帶有電源管理單元(PMU, Power Management Unit),由兩或三片芯片集成的解決方案。除了提供手機(jī)電源外,電源管理單元基本上應(yīng)該集成所有必備的模擬功能,例如USB OTG收發(fā)器、音頻放大器、白光LED驅(qū)動(dòng)器以及部分比較器和部分按鍵照明用功率驅(qū)動(dòng)電路,這樣的做法既簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),又將控制電源所需資源降到最低,例如只需使用一個(gè)兩線(xiàn)式I2C總線(xiàn)就能夠控制整個(gè)PMU,且享有掌控外型尺寸與成本限制等主要優(yōu)勢(shì)。相當(dāng)明顯地,這樣做擁有許多的好處,預(yù)計(jì)能協(xié)助設(shè)計(jì)工程師克服這些挑戰(zhàn)。
不過(guò)雖然在PMU中集成了越來(lái)越多的電源相關(guān)功能,但隨著新一代手機(jī)的推出,對(duì)獨(dú)立型電源轉(zhuǎn)換集成電路(IC)產(chǎn)品的需求卻日益增加,其中一個(gè)理由相當(dāng)簡(jiǎn)單,那就是采用標(biāo)準(zhǔn)的解決方案而不與其他手機(jī)制造商進(jìn)行差異化將有助于推動(dòng)手機(jī)成為配備標(biāo)準(zhǔn)功能的標(biāo)準(zhǔn)化手機(jī)。不過(guò)這并不能滿(mǎn)足那些對(duì)科技敏感度較高以及要求更多新功能的消費(fèi)者,這也就是為什么手機(jī)制造商必須與眾不同并加入新功能來(lái)取得差異的主要原因。新功能可以讓產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者更具吸引力,也就是我們所謂的“差異化”,差異化促使設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)中加入標(biāo)準(zhǔn)芯片組中沒(méi)有的部分功能,而這就可能需要另一個(gè)應(yīng)用程序處理器,或者是額外的電源。
另一個(gè)可以解釋需求逐漸升高的因素是更短的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間,一方面市場(chǎng)上對(duì)新功能的要求讓設(shè)計(jì)時(shí)間必須越來(lái)越快。另一方面,要開(kāi)發(fā)集成這些新功能的芯片組可能需要許多年的時(shí)間,而面向如此高度競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng),設(shè)計(jì)工程師一定不會(huì)愿意等到新芯片組的推出,而會(huì)選擇獨(dú)立型芯片與應(yīng)用程序處理器。
而設(shè)計(jì)工程師能夠考慮的最簡(jiǎn)單解決方案則是采用獨(dú)立型低壓降穩(wěn)壓器(LDO, Low Drop Out Regulator),這類(lèi)器件擁有使用簡(jiǎn)單且高性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也具備相當(dāng)高的PSRR與超低噪聲等特性,使得它相當(dāng)適合用來(lái)做為非常敏感的模擬與射頻功能電源,同時(shí)符合成本與外型尺寸的限制。除此之外,考慮到鋰離子電池的輸入電壓范圍,例如3.0 V到4.2 V以及LDO解決方案本身的低轉(zhuǎn)換效率,設(shè)計(jì)工程師只有在低輸出壓差或者是低耗電流的電源上才會(huì)考慮使用這些器件。
