如何降低便攜式設備的待機功耗

隨著便攜式設備中新功能的不斷增加，節省功率的創新設計解決方案變得越來越重要。而對設備更長運行時間的需求也極大地影響著消費者的購買選擇和一些關鍵任務的設計選擇。本文討論的技術可以應對便攜式設備電源管理設計在內核電壓、能耗管理和電池壽命等方面所面臨的挑戰。

處理器內核在全功率模式下的功耗與工作頻率和Vcore²成比例。根據處理器的工作頻率，內核電壓可被動態和精確地調節到較低限值，從而達到降低功耗的目的。

在待機模式下，由于微處理器或DSP的內核通常呈阻抗特性，因此電源管理沒有在全功率模式下那么復雜。電壓主要用于維持存儲器和寄存器的狀態。由于較新的內核設計都采用較低的電壓，因此消耗的電流也較少，可以顯著改善待機時的功耗。

本文將介紹如何利用非常簡單的電壓調節技術以及Micrel公司MIC2214芯片上的TTL兼容邏輯輸入來有效地降低待機時的功耗。

用于蜂窩電話和PDA基帶及DSP的雙LDO

MIC2214是一個帶有開漏驅動器和上電復位電路的雙 μCap低壓降線性調節器。第一個穩壓器可以提供150mA的電流，第二個穩壓器最多可以提供300mA電流，并包含上電復位功能。MIC2214的地電流非常低，每個LDO只有24μA。MIC2214有一個兼容TTL邏輯的使能引腳，可使芯片進入零關斷模式電流狀態，因此在不工作時幾乎不消耗電流。固定電壓輸出的MIC2214采用3 x 3 MLF 封裝，而可調電壓輸出的MIC2214則采用4 x 4 MLF 封裝形式。

圖1是帶可調輸出電壓的MIC2214內部方框圖。SW引腳在內部驅動一個NMOS門。當SW低時，DRV開路；當SW高時，DRV短接到地。

利用MIC2214可實現輸出電壓調節，電路如圖2所示。通過將TTL兼容的SW引腳置高或置低，輸出電壓可以在兩個輸出電壓值之間變化(見表1)。

SW

DRV

VOUT

0

Open

VOUT LOW = 1.25 (R1+R2)/R2

1

Short to GND

VOUT HIGH = 1.25 (RA+R1)/RA

其中Eq1：RA = R2*R3/(R2+R3)

采用以下電阻值時對上述電路進行測試。

R1= 50kΩ

R2= 255kΩ

R3= 210kΩ

圖2:利用MIC2214調節輸出電壓。

集成在MIC2214內的開關(參考圖2)具有幾百毫歐級的RDS(開)，因此在計算輸出電壓時可以忽略不計。不過在選擇電阻時，應仔細選用阻值在100kΩ范圍內的的電阻。如采用上述R1、R2和R3的阻值，將得到：

Vout low = 1.5V

以及 Vout high= 1.8V

圖3所示當SW引腳置高時，輸出電壓從1.5V到1.8V的變化。

圖3:SW引腳置高時(CH4)，輸出電壓從1.5V到1.8V的變化。

如前所述，數字處理器的內核在待機狀態時呈阻性。如果內核上加1.8V電壓，并且只需1mA的載流，那么阻抗就是1800Ω。當內核加1.5V電壓，需要電流則更小。功耗也因此從1.8mW下降到1.25mW，下降幅度達30%，從而可以延長30%的待機時間。

總之，隨著便攜式設備中新功能的不斷增加，節省功率的創新設計解決方案將變得越來越重要。此外，對更長通話和運行時間的需求將驅動消費者的購買選擇和一些關鍵任務的設計選擇。本文討論的技術可以成功運用于待機時間超過80%的基帶處理器。該技術同樣可以滿足那些必須工作，但又有很多時間處于待機狀態的應用處理器的內核電壓要求，例如照相機加速器DSP。