利用非傳統的理念顯著提高手機效率

我的一個客戶是專門設計和生產手機的企業，這個行業的競爭非常激烈，客戶有許多嚴苛的要求，其一重點是電池壽命；而另一要求是手機尺寸，這兩者都必須經過優化，同時手機的成本也必須盡量減小。這種要求使設計人員在設計中務必謹慎仔細，盡量減少組件數目，并避免過多的耗電。

隨著各種功能不斷增加，手機已儼然成為一個處理器的匯總地，幸好，要找到工作電壓為1.8V 的處理器并不困難。我還曾遇到過為帶有三個相鄰處理器的手機開發電源的挑戰，該三個處理器是用于提供諸如GPS、WLAN和藍牙之類的功能，而每個處理器都得單獨供電，以便在其處于空閑狀態時可關斷模塊。這種設計的要求之一是漏電流必須最小，當鋰離子電池電壓降到2.9V時電源必須關斷鋰離子電池。另一個要求是盡量減少組件數目和電路板空間；而最后的要求是把成本降到最低。

這個客戶采用了一個專門針對GSM手機而設計的芯片組。該芯片組的功率管理單元包含了一個1.8V的降壓調節器和一個2.5V的降壓調節器。按照這種組合，最顯而易見的解決方案是以2.5V降壓調節器作為電源，每個負載使用一個單獨的低壓降 (LDO) 調節器。由于降壓調節器管理線性調節器--LDO，因此LDO只需管理負載電壓調節即可。現有許多能夠滿足這種要求的小型調節器，比如飛兆半導體公司的FAN2564。該器件的工作電壓為1.8V，電流300mA，而壓降只有180mV，完全能夠提供足夠的裕量(如圖1所示)。

圖1

FAN2564 采用CSP封裝，電路板占位空間非常小，而組件數目也減至最少，能夠滿足客戶的要求。為了保持穩定性，該調節器需要一個4.7uF的輸出電容。這種電容的最小尺寸是 2mmX1.2mm，有利于減小電路板空間。盡管整體耗電量已經很低，但還是可以更低的。每一個調節器在線性調節中都會產生功耗，而線性調節的總功耗為315mW，相當于66% 的總效率。即使在關斷狀態，每個調節器的靜態電流也達50uA。這樣一來，即使三個負載全都處于待機狀態，仍有150uA的漏電流產生，可見確實仍有改進的余地。

圖2

由于給負載供電的是降壓調節器，因此不必在每個負載上進行電壓調節，只需分別關斷對每個負載的供電即可。雖然一個簡單的開關就足夠，不過處理器的電源要求相當嚴苛。若出現正或負的電壓尖峰，處理器可能發生閂鎖現象。為了避免這種情況，可在電壓源上使用一個電容來消除電壓尖峰。如果采用簡單的開關來降低處理器的功耗，在處理器上電時便需要考慮到這個電容。在剛開始上電時，該電容的表現是短路，耗電量很大。這種瞬間短路現象會降低電源電壓，造成一大問題，因為電源電壓降低會造成線路上其它處理器的復位。解決辦法是采用一個智能型負載開關 (如飛兆半導體的FPF1004) 來控制電流增加的壓擺率。FPF1004器件能夠管理負載的增加，確保電源線路電壓保持在調節范圍內。

使用開關的好處在于提高效率，1.8V降壓調節器的效率為86%。FPF1004的功耗主要是由開關的串聯電阻產生的。在規格電流下，總功耗只有3.6mW，亦即0.4% 的損耗，相當于約 85% 的電源總效率，相比其它電源，效率提高了29%。

把功耗降至最低需要打破傳統的思維方式。以上述挑戰為例，我們采用非傳統的方法，開發出一個可滿足所有要求的電源。相比使用低壓降調節器，采用某些智能型負載開關可以盡量降低成本和所需的電路板面積。這樣一來，就可以采用1.8V而非2.5V的降壓調節器，從而提高電源效率，延長29% 的電池壽命。結果，這個客戶將因此在電池壽命、成本和尺寸方面擁有很強的競爭力。