如何使智能手機“更加智能”

在網絡上可以很容易地找到降低LED背光功耗和提高AP或Wi-Fi模塊DC-DC效率的解決方案。然而，降低RFPA功耗和縮短電池組充電時間的解決方案就不那么容易找到了。

創(chuàng)新功能是智能手機制造商推出新型號的關鍵激勵因素。這些功能應滿足用戶的“智能”愿望，并最終成為有別于競爭對手的差異化因素。

減少RFPA功耗

智能手機市場見證了許多最新、最先進的硬件設計，比如飛兆半導體公司的FAN5904。這是一種6W、3/6MHz的降壓轉換器，它支持GSM/EDGE PAM和3G/3.5G RFPA。由于不需要兩個單獨的降壓轉換器，因而能夠節(jié)省空間。

FAN5904能夠滿足從WCDMA到HSUPA+、CDMA2000 1x EV-DO的全球流行3G無線標準，它還支持中國的3G標準TD-SCDMA以及在TD-SCDMA信號調制方式下支持更高數據速率的HSUPA。FAN5904轉換器還能用于新興的“TEDGE”移動手機。這種手機支持TD-SCDMA，并且后向兼容GSM/EDGE。圖6展示了FAN5904是如何連接基帶芯片組、射頻收發(fā)器和功放的。

圖6：飛兆FAN5904降壓轉換器支持基帶處理器、射頻收發(fā)器、3G功放以及GSM/EDGE PAM。

查看具有和不具有用于語音和數據傳輸的FAN5904的3G功放的輸出功率掃描(具有針對-39dBc ACPR的RFPA供電電壓設置)可以發(fā)現(xiàn)，該轉換器可以在使用相同尺寸電池組的條件下，將通話時間和數據傳輸時間分別延長14%和30%(分別見圖7和圖8)。這樣，智能手機就能使用更小的鋰離子電池組，而又不犧牲總體通話時間和數據上載時間(圖9)。而更小的電池組又能極大地減小整個手機的體積，使手機變得更薄、更輕和更小。

圖7：該圖對WCDMA信號調制模式、1000mAh鋰離子電池條件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的通話時間作了比較。

圖8：該圖對WCDMA信號調制模式、1000mAh鋰離子電池條件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的數據傳輸時間作了比較。

圖9：FAN5904轉換器在不犧牲通話時間的情況下，允許縮小電池組體積。

實現(xiàn)DC-DC解決方案的另外一個優(yōu)勢是能夠極大地降低RFPA殼溫。為便于描述，對由FAN5904供電的3G RFPA進行了熱成像(圖10)，其中，F(xiàn)AN5904直接連接到已充電至4.2V的電池。在使用FAN5904的情況下，RFPA的溫度在滿輸出功率時幾乎達不到50℃。但在另外兩種情況下，溫度很容易達到50℃和65℃。因此，在經過一段時間使用后，整個手機發(fā)熱會相當快。

圖10：這些熱量圖像顯示了在VPA=2.97V時帶FAN5904的3G功放(POUT=28dBm)(a)，僅在VBAT=3.70V時的功放(b)，以及僅在VBAT=4.20V時的電池充電期間的功放。

綜上所述，DC-DC解決方案不僅有助于降低溫度，而且能夠簡化RFPA的散熱結構設計。元器件可以擺放在更靠近RFPA的位置，從而有助于減小PCB的尺寸和降低成本。

縮短鋰離子電池充電時間

手機電池通常采用標準USB端口(5V/500mA)和外部充電適配器進行充電。由于智能手機電池組相對較大，在使用傳統(tǒng)的線性充電器工作模式時，充電時間會比較長。這種情況可以通過將充電電流增加到1C加以改善，但手機電池必須連接到外部充電適配器(雖然不是用于標準USB端口)。誠然，1C充電模式也會引起充電器IC的散熱問題——當外部充電適配器連接到手機時，會造成外殼變得非常地熱。因此，設計人員一般需要為散熱保留一部分PCB空間。

圖11：典型線性充電器的效率約為70%，而開關充電器的效率接近94%。

傳統(tǒng)的線性充電器類似于效率可達70%的低壓差(LDO)穩(wěn)壓器(圖11)；開關充電器則類似于效率可達94%的DC-DC轉換器。即使是連接到標準的5V/500mA USB端口，開關穩(wěn)壓器也能支持高達650mA的充電電流。例如，當采用與900mAh電池組相同的配置時，充電時間要花1小時12分鐘?？傮w充電時間縮短了30%，外殼溫度則降低到40℃以下(圖12)。

圖12：使用FAN5400開關充電器可以將充電時間縮短30%。

FAN540x開關穩(wěn)壓器可以用來縮短充電時間，簡化散熱方面的結構設計。這種開關穩(wěn)壓器具有±5%的高精度輸入過流保護(OCP)功能以及±0.5%的充電過壓保護(OVP)精度。OVP和可選輸入OCP可以為充電電池提供額外保護。

雙攝像頭分辨率

大多數智能手機都配備有兩個攝像頭：一個是用于拍照的高分辨率攝像頭，一個是用于視頻通話的標準分辨率攝像頭。兩個攝像頭共享相同的數據總線和隔離開關，這些數據總線和隔離開關用于在高速分辨率模式下保護信號的完整性。

為了滿足上述需要，制造商開發(fā)出了不同類型的解決方案。舉例來說，飛兆公司的FSA1211低功耗、12端口高速開關，配置為單刀單擲(SPST)器件，為隔離高速源(如手機相機接口)進行了優(yōu)化(圖13)。FSA1211的導通電容(CON)為6pF，其較寬帶寬(>720MHz)能夠通過三次諧波，從而信號的邊沿和相位失真非常小(圖14)。另外，通道間的串擾也最大程度地減小了干擾。