手机用电源技术-加快上市时间并符合高效成本与尺寸要求
目前便携式应用集成了越来越多的功能,普遍的趋势是手机已经逐渐从单纯的电话功能转化成为数码相机、移动电视、游戏设备以及多媒体终端等多重角色。现时数字科技,容许负责应用程序的处理器也足以为终端用户提供这些功能,不过却也必须付出更高功耗的代价。
因此工程师就面临了两项主要的挑战,首先必须要能满足许多功能的高度集成,其次则是提供足够的电池使用时间,而在逐渐增加的功能外,用户的另一个强烈需求则是手机的外型与尺寸。
用户通常并不愿意牺牲电池的使用时间,也不想因为集成了其他功能而改变手机的尺寸与外型。谁会愿意购买一部集成了电视、MP3、MPEG4与PDA功能,但电池的运作时间却只有两个小时的手机？
图1 MPEG4系统方块图
要克服这些挑战,最好的策略是将更多的功能集成到芯片组中,带有电源管理单元(PMU, Power Management Unit),由两或三片芯片集成的解决方案。除了提供手机电源外,电源管理单元基本上应该集成所有必备的模拟功能,例如USB OTG收发器、音频放大器、白光LED驱动器以及部分比较器和部分按键照明用功率驱动电路,这样的做法既简化设计,又将控制电源所需资源降到最低,例如只需使用一个两线式I2C总线就能够控制整个PMU,且享有掌控外型尺寸与成本限制等主要优势。相当明显地,这样做拥有许多的好处,预计能协助设计工程师克服这些挑战。
不过虽然在PMU中集成了越来越多的电源相关功能,但随着新一代手机的推出,对独立型电源转换集成电路(IC)产品的需求却日益增加,其中一个理由相当简单,那就是采用标准的解决方案而不与其他手机制造商进行差异化将有助于推动手机成为配备标准功能的标准化手机。不过这并不能满足那些对科技敏感度较高以及要求更多新功能的消费者,这也就是为什么手机制造商必须与众不同并加入新功能来取得差异的主要原因。新功能可以让产品对消费者更具吸引力,也就是我们所谓的“差异化”,差异化促使设计工程师在设计中加入标准芯片组中没有的部分功能,而这就可能需要另一个应用程序处理器,或者是额外的电源。
另一个可以解释需求逐渐升高的因素是更短的产品开发时间,一方面市场上对新功能的要求让设计时间必须越来越快。另一方面,要开发集成这些新功能的芯片组可能需要许多年的时间,而面向如此高度竞争的市场,设计工程师一定不会愿意等到新芯片组的推出,而会选择独立型芯片与应用程序处理器。
而设计工程师能够考虑的最简单解决方案则是采用独立型低压降稳压器(LDO, Low Drop Out Regulator),这类器件拥有使用简单且高性价比的优势,同时也具备相当高的PSRR与超低噪声等特性,使得它相当适合用来做为非常敏感的模拟与射频功能电源,同时符合成本与外型尺寸的限制。除此之外,考虑到锂离子电池的输入电压范围,例如3.0 V到4.2 V以及LDO解决方案本身的低转换效率,设计工程师只有在低输出压差或者是低耗电流的电源上才会考虑使用这些器件。
