知名廠商詳解如何實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的電源設(shè)計(jì)

　　LDO是電路板設(shè)計(jì)上常見的直流轉(zhuǎn)換組件，LDO都是高電壓轉(zhuǎn)低電壓工，作原理是類似像分壓原理，其腳位少、可以過濾電源噪聲。但LDO雖然是低轉(zhuǎn)換電壓，功耗相當(dāng)?shù)停杂胁糠蛛娏膿p，如果音頻放大器能夠提高到超過60dB，就不需要應(yīng)用上LDO，可以降低音頻電路功耗。

　　圖 奧地利微電子推出200mA微型超低壓降穩(wěn)壓器AS1369，僅占1mm2 PCB空間，適合移動電話與PDA…等空間有限裝置。AS1369 LDO可實(shí)現(xiàn)性能提升，延長電池壽命。

　　DC/DC電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品 可減少LDO需求

　　在電源管理IC選擇中，終端市場對產(chǎn)品尺寸及電源轉(zhuǎn)換效率要求日益嚴(yán)苛，因此屬于低成本但效率較差的LDO線性穩(wěn)壓器，漸受到電源轉(zhuǎn)換效率較好，但設(shè)計(jì)和成本門坎較高的交換式穩(wěn)壓器（Switching Regulator）威脅，例如直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC Converter）市場的沖擊與威脅，造成LDO量縮，甚至因此導(dǎo)致價(jià)格下跌，價(jià)格競爭壓力，讓不少電源IC業(yè)者轉(zhuǎn)投入DC/DC電源產(chǎn)品研發(fā)。

　　高頻率的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可讓系統(tǒng)周邊僅須搭配很小的電感或電容即可，進(jìn)而縮減電路板面積，當(dāng)手機(jī)與數(shù)字相機(jī)（DSC）朝輕薄設(shè)計(jì)發(fā)展，勢必要減少系統(tǒng)對于單顆LDO需求。因此，使用單組LDO的機(jī)率就愈低，不少廠商都轉(zhuǎn)向投入DC/DC轉(zhuǎn)換器研發(fā)，包括以經(jīng)營LDO為主的安茂微電子，也正全力投入DC /DC轉(zhuǎn)換器開發(fā)。

　　整合電源管理芯片趨勢

　　1.低階手機(jī)基頻芯片整合PMU

　　PMU 主要是用于解決手機(jī)內(nèi)部電源管理問題，發(fā)展PMU的主要目標(biāo)，即是為手機(jī)做有效節(jié)電，以避免效率轉(zhuǎn)換損失。目前低階手機(jī)芯片的核心主軸基頻芯片，已朝整合 PMU電源管理模式發(fā)展，由于基頻芯片整合PMU可節(jié)省手機(jī)空間，PMU可具不占空間以及高整合性優(yōu)勢，讓廠商致力于發(fā)展基頻芯片整合PMU方案。

　　2.高階手機(jī)應(yīng)用處理器整合PMU

　　而高階手機(jī)部分，如3G智能型手機(jī)配備多媒體影像、無線傳輸功能設(shè)計(jì)，其應(yīng)用處理器耗電量更大，因此就必須發(fā)展專用、整合型PMU，以降低應(yīng)用處理器耗電量。例如，意法半導(dǎo)體就整合了USB OTG高速（High Speed）與音訊編/譯碼（Audio Codec），因應(yīng)智能型手機(jī)對音訊的精致度要求，讓手機(jī)具快速數(shù)據(jù)傳輸功能。而美國國家半導(dǎo)體，也針對LED發(fā)展出高整合度照明管理單元 （Lighting Management Unit；LMU）可解決LED耗電速度快的問題。

　　另外，電源管理芯片朝客制化發(fā)展，將成為未來趨勢，為提高PMU使用彈性、擴(kuò)大應(yīng)用空間，針對某類型市場或處理器平臺，開發(fā)出客制化規(guī)格，才能創(chuàng)造出業(yè)者的市場競爭力。例如德州儀器針對三星的應(yīng)用處理器，便推出了專屬PMU解決方案，希望通過提供客制化的PMU產(chǎn)品服務(wù)，積極開發(fā)類型（Catalog）PMU，提高產(chǎn)品市占率。

　　而意法半導(dǎo)體量產(chǎn)的整合型PMU，則是采模塊化策略，盡可能整合高階手機(jī)必要功能，如客戶有提出某項(xiàng)功能不合適，只需將該功能關(guān)閉繼續(xù)保留其它功能，滿足不同客戶對手機(jī)定位的要求。

　　圖 美國國家半導(dǎo)體高整合度燈光管理單元（LMU），內(nèi)建高電壓升壓轉(zhuǎn)換器及可程序恒流驅(qū)動器，可以控制顯示器背光系統(tǒng)內(nèi)高達(dá)20個(gè)串聯(lián)發(fā)光二極管，以及驅(qū)動設(shè)于小鍵盤和相機(jī)閃光燈內(nèi)的發(fā)光二極管與紅綠藍(lán) （RGB）光發(fā)光二極管。

　　分離式電源芯片 設(shè)計(jì)彈性佳

　　由于整合性電源管理芯片，仍有功能設(shè)計(jì)限制及彈性不佳缺點(diǎn)，無法為市面上所有手機(jī)附加功能全部整合在內(nèi)，一旦選擇整合型PMU，如果設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程出現(xiàn)瑕疵問題，則會影響到后續(xù)的作業(yè)程序；而分離式電源芯片有更多彈性設(shè)計(jì)，在規(guī)格上都能達(dá)到兼容，在功能性、設(shè)計(jì)方案可以有更多選擇性，可避免單一芯片商可能影響設(shè)計(jì)、生產(chǎn)…等問題。

　　整合性電源管理芯片種種設(shè)計(jì)限制，凸顯分離式電源芯片有更大彈性及變化優(yōu)勢，特瑞仕半導(dǎo)體發(fā)展的多芯片封裝（MCM）模式，就屬于分離式電源芯片1種，其能針對有些微差異功能的手機(jī)，進(jìn)行電源管理設(shè)計(jì)與功能變更，而整合型電源管理芯片，只能專用于某型號的手機(jī)中。

　　多芯片封裝（MCM）模式與LDO、DC/DC轉(zhuǎn)換器…等分離式電源管理芯片，其設(shè)計(jì)彈性大，使其能與整合型PMU市場地位并駕齊驅(qū)，而不少業(yè)者也紛紛提出類型化、模塊化芯片設(shè)計(jì)，分離式電源管理芯片可就單一功能進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，因應(yīng)未來手機(jī)快速汰舊換新、求新求變的產(chǎn)業(yè)趨勢中，才能符合手機(jī)業(yè)者的客制化需求。

　　在提出分離式電源管理芯片業(yè)者中，美國國家半導(dǎo)體的移動像素鏈接（Mobile Pixel Link；MPL）實(shí)體層技術(shù)，針對影像顯示畫素造成的耗電進(jìn)行管理，以進(jìn)一步解決電源供應(yīng)、噪聲、及穩(wěn)定性問題，該技術(shù)主要應(yīng)用于小型顯示器及數(shù)字相機(jī)。MPL能將RGB數(shù)據(jù)影像從原本24位傳送，轉(zhuǎn)換成18位數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，影像訊號傳輸路徑變大，影像也較清晰，還可達(dá)到省電效果。

　　電池容量管理 增加使用效率

　　電池轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷精進(jìn)，然而電池容量卻仍趕不上手機(jī)廠商需求，與消費(fèi)者對手機(jī)使用時(shí)間的滿足。雖然近年來，為提高手機(jī)電池使用時(shí)間，業(yè)者開始專注更多高能量電池開發(fā)，但對鋰離子電池的逐步改進(jìn)預(yù)期，也僅能小幅增加2“3成電池容量。

　　電池容量短期內(nèi)不會有突破性發(fā)展，就必須靠妥善管理電池容量，讓電池可以提供更長的使用時(shí)間，而適當(dāng)?shù)碾姵毓芾砭惋@得格外重要。例如對電池的偵測、充電控制、電池保護(hù)…等，都可有效管控電池容量狀況。透過電池偵測組件，可以檢視電池剩余電力，用簡單的電荷計(jì)量器，由中央處理器負(fù)責(zé)計(jì)算剩余電力，或是通過微控制器的量測組件，提供剩余供電時(shí)間、剩余電力、電池電壓、溫度、電流量…等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，可讓使用者更有效掌握電池供電現(xiàn)況。