智能手機(jī)待機(jī)功耗挑戰(zhàn)及策略

在智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，待機(jī)功耗一直是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)難點(diǎn)。此外，這些產(chǎn)品需要無縫的功率管理和電池開關(guān)，以便提供更好的靈活性和電池可靠性。飛兆半導(dǎo)體推出的IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)能夠有效降低待機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)防止浪涌電流、過流保護(hù)等功能，幫助設(shè)計(jì)人員降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，同時(shí)達(dá)到更高的系統(tǒng)效率和可靠性。

據(jù)悉，IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)產(chǎn)品組合具有防止浪涌電流的壓擺率控制、過流限制和熱關(guān)斷保護(hù)、反向電流阻斷和低運(yùn)作輸入電壓等特性，能夠處理眾多帶有多信道配置和高電壓與電流負(fù)載的應(yīng)用。IntelliMAX系列的擴(kuò)展產(chǎn)品利用單芯片解決方案解決了輕工業(yè)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)功率難題，使得設(shè)計(jì)人員擁有通過現(xiàn)貨產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)需求的能力，減少了組件數(shù)目并且提高了效率。

傳統(tǒng)的負(fù)載開關(guān)采用2到3個(gè)MOS管加上電阻和電容來實(shí)現(xiàn)。但現(xiàn)在的手持設(shè)備如智能手機(jī)中，電池容量已經(jīng)滿足不了應(yīng)用需求，因此外圍部分需要進(jìn)行優(yōu)化。飛兆半導(dǎo)體移動(dòng)、計(jì)算、消費(fèi)和通信市場(chǎng)營(yíng)銷暨應(yīng)用工程部高級(jí)市場(chǎng)推廣業(yè)務(wù)經(jīng)理李文輝解釋說，智能手機(jī)中除了主芯片之外還有很多外圍設(shè)備，如攝像頭、觸摸板、Wi-Fi模塊、GPS、藍(lán)牙模塊等，這些功能大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)。IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就在于可以降低待機(jī)功耗。他透露，“國(guó)內(nèi)某款著名品牌的智能手機(jī)采用了IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)以后，待機(jī)時(shí)間從之前的一天提高到了3天。”

除了降低待機(jī)功耗，集成式負(fù)載開關(guān)的好處還包括采用壓擺率控制，可減小浪涌電流的影響(手機(jī)中攝像頭和Wi-Fi的負(fù)載較大，啟動(dòng)設(shè)備時(shí)的浪涌電流會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定);過流保護(hù);實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電排序。和傳統(tǒng)負(fù)載開關(guān)采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)不同，IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)采用飛兆BiCMOS工藝制造，可以支持很低的工作電壓，且靜態(tài)電流低于1uA。

圖2：IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)FPF1039和FPF1048

FPF1039和FPF1048開關(guān)適用于需要大電流能力和低導(dǎo)通電阻解決方案進(jìn)行功率路徑管理的智能設(shè)備和便攜存儲(chǔ)設(shè)備，提供20m?和23m?的導(dǎo)通電阻，1.2V～5.5V和1.5V～5.5V的輸入電壓范圍，以及極低的關(guān)斷電流泄漏，有助于滿足低待機(jī)功耗應(yīng)用的要求。TR = 2.7mS的優(yōu)化壓擺率受控開啟特性可以防止帶有最高200μF大電容的電源軌的電壓下降。FPF1048還提供了真正的反向電流阻斷(True Reverse Current Block)功能，不論產(chǎn)品處于開或關(guān)狀態(tài)，均可避免不需要的反向功率。

FPF2165R和FPF2195全功能負(fù)載開關(guān)具有可調(diào)電流限制，非常適合帶有USB和HDMI等物理連接器的應(yīng)用，應(yīng)對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的大電流狀況。使用帶有外部電阻的限流功能，可以輕易調(diào)整輸入功率預(yù)算控制，提供反向電流阻斷特性，防止在設(shè)備關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)不必要的反向電流。這些器件在恒流模式下工作，有助于防止電流損壞，并且在發(fā)生限流故障后維持限定的電流。采用2×2mm2 MicroFET封裝。

李文輝表示，在移動(dòng)市場(chǎng)，飛兆的策略是通過與主流Chipset平臺(tái)供應(yīng)商合作，提供搭配的解決方案或優(yōu)化的IP，從而減少?gòu)S商研發(fā)時(shí)間和費(fèi)用，加快產(chǎn)品上市。此外，飛兆擁有強(qiáng)大的移動(dòng)IP有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。

移動(dòng)產(chǎn)品常見設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)

壓擺率控制系統(tǒng)挑戰(zhàn)：因?yàn)榫哂写箅娙莸呢?fù)載在開啟期間出現(xiàn)浪涌電流，瞬態(tài)輸入電壓會(huì)下降。欠壓閉鎖(UVLO)會(huì)使系統(tǒng)可能出現(xiàn)異常。

設(shè)計(jì)考慮：在給定Cout和Vin條件下，上升時(shí)間(Tr)直接影響浪涌電流。Tr可由集成PMOS的柵極驅(qū)動(dòng)電流來控制：

根據(jù)最大允許Vin壓降和系統(tǒng)排序，實(shí)現(xiàn)正確的Tr。

過流限制系統(tǒng)挑戰(zhàn)：防止在連接損壞的負(fù)載的情況下回出現(xiàn)過流或者短路，由于功率過大，出現(xiàn)較大的Vin壓降，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)永久性損壞，來自USB和HDMI等物理連接可導(dǎo)致此問題。

設(shè)計(jì)考慮：通過動(dòng)態(tài)Ron控制，將過流限制在特定數(shù)值上

ILIM設(shè)置：固定或者可調(diào)節(jié)

ILIM精度：±25%、±10%或者±5%

三種OCP行為：關(guān)斷/自動(dòng)重啟電流源模式

熱關(guān)斷設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：大功率耗散可能導(dǎo)致功率器件過熱或者損壞。

設(shè)計(jì)考慮：保護(hù)器件避免過熱，通常采用ILIM中的過電流源部件。需估算結(jié)溫，用于輸入功率預(yù)算控制。

圖3：RCB保護(hù)原理圖

反向電流阻斷(RCB)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：反向電流可能經(jīng)由體二極管從輸出端流向輸入端，即使在Cout大于Cin和無放電路徑的禁用模式下也是如此，引起系統(tǒng)錯(cuò)誤。傳統(tǒng)RCB僅在禁用期間進(jìn)行RCB，而真正的RCB在啟用和禁用期間都進(jìn)行RCB。IntelliMAX智能負(fù)載開關(guān)實(shí)現(xiàn)了真正的RCB。