用于下一代移動電話的電源管理劃分

圖1：3G手機的系統組成框圖

圖字（上下、左右）：電源管理、處理單元、PA與WCDMA收發器、PA與GSM收發器、調頻接收器、藍牙處理器、高PSRR LDO、相機傳感器、相機閃光燈、相機引擎、升壓DC/DC、3MHz降壓DC/DC、振動器－麥克風－耳機－耳承－SIM卡、模擬基帶處理器、基帶電源 /音頻編解碼器與驅動器、數字基帶處理器、應用處理器、存儲器、音頻綜合器、高PSRR LDO、鍵盤、顯示屏1、顯示屏1、3MHz降壓DC/DC、白LED驅動器、白LED驅動器、電池容量計、鋰離子電池。

但問題是："哪些器件需要集成，又如何來解決手機外形系數對器件安放位置的影響這一問題？"答案就是集成用于基帶處理器、音頻子系統及接口器件的標準電源，因為不同手機平臺均采用類似的子系統與器件，而手機電源也采用同樣的基本芯片組。但也存在如下兩個內在的主要問題。首先，工業設計考慮允許根據所需功能及人機工程學來以各種不同方式設計手機。今天，電設計需要考慮能否將手機設計成塊糖、蚌殼或滑動形狀，且全都采用不同的顯示屏、鍵盤與揚聲器配置。這些設計差別對手機顯示屏、相機模塊及其他子系統的安放位置都有很大的影響，且在某種程度上會限制這些器件的集成。在某些情況下，電源或音頻功能的"一體化"集成可能意味著更長的走線、復雜的印制板布局、或由噪聲帶來的電設計挑戰。其次，人們還不應忘記手機廠商所要求的對手機型號系列的經濟高效管理。為以不同手機型號來滿足市場需求，手機制造商必須以不同成本來提供各種特性與性能水平。為在競爭激烈的市場中獲得最高利潤，這些型號的成本必須隨功能而改變，而這反過來又會限制將每一種功能都集成到一片大型IC上。如果特性不是給定型號系列所需要的，則應將某些特定功能及其電源從板上卸下以減少成本。

此外，采用相同基本芯片組的手機廠商還需要使其產品有別于其他競爭對手的產品，這反過來又推動對各種不同特性的再集成。一種典型的產品差異化例子可能包括（但不限于）更亮的相機閃光燈、功能更強的噴燈模式、D類立體聲音頻性能、特殊顯示屏與鍵盤背光效果、MP3音頻播放功能、調頻廣播接收與精確電池容量計量等。

分立電源器件選擇

如圖1所示，為差異化子器件供電的典型非集成電源器件，可能是作為手機電池盒一部分的電池容量計、高效率但小體積的高頻DC/DC內核電源、用于相機白閃光燈LED的高性能DC/DC升壓驅動器、帶有機LED電源的白LED背光驅動器、次顯示屏以及具有超低電源抑制比 (PSRR) 的線性調整器等。在進行集成時，首先集成消費者熟悉的一些已知特性。擁有更高性能及效率的領先模擬半導體技術--包括經過優化的分立電源管理器件等，將隨付運量的增加及功能標準化而被越來越多地集成。為進一步優化電源管理并延長電池工作時間，必須考慮以下三個方面的問題。首先，電池管理必須能處理電池充電及容量測量。其次，電源轉換必須能盡可能有效地將電池功率轉換為系統可用電源。第三，用于分析處理器實際功耗并控制電源的系統電源管理必須能優化電池功率的使用效率。第一與第二個方面可通過選擇合適的電源管理器件來實現，而第三個方面則與處理一側的主要軟件開發有關。

在電池管理中，電池"容量計"正變得日益流行。在傳統上，通常用以下方法來測量電池容量，即：先測量鋰離子電池的電壓，然后再用存儲在存儲器中的容量查找表來得出有關可用電池功率的結果。但由于3G手機復雜的功耗特性及鋰離子電池性能隨時間、溫度及負載條件的變化，上述方法并不實用。為精確測量剩余電池容量以使處理器能更好地管理手機功耗，人們采用了具有"阻抗跟蹤"能力、并能測量進出電池實際電量的高性能庫侖計。這使處理器能有效地部署電池節省模式、精確確定電池耗盡時間以及當需要充電時向終端用戶告警等。圖2即顯示一種集成在電池盒中、并通過I2C通信接口向主處理器發送參數的庫倫計。

圖2：用于精確電池容量測量的電池容量計

而在電源轉換領域，DC/DC轉換器在提供用于LED驅動與處理器內核電源的高效率解決方案方面正扮演著越來越重要的角色。為提高數碼相機與視頻會議的性能，CMOS與CCD傳感器的分辨率在不斷提高。簡單物理學原理表明，以不斷提高的傳感器分辨率，需要有更高的光亮才能拍攝高質量照片，這反過來又要求擁有更亮相機閃光燈能力的解決方案。今天許多手機相機閃光燈所提供的亮度比采用以小于100 mA的電流來驅動白LED 的"玩具閃光燈"所提供的亮度低很多。這種設計實際上完全不能提高拍攝照片的質量。為真正使產品具有差異性，需要以接近1A的電流來驅動高功率白LED 燈。而1A則是