3G手機(jī)的電源管理的設(shè)計(jì)趨勢(shì)
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時(shí)間：2013-11-11
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3G手機(jī)不僅可以瀏覽網(wǎng)頁(yè)、發(fā)送電子郵件、拍攝數(shù)碼相片，甚至能播放視頻流。手機(jī)制造商正面臨越來(lái)越大的壓力，因?yàn)樗麄儽仨毎堰@些功能集成進(jìn)不斷縮小的體積內(nèi)，同時(shí)要讓手機(jī)維持較長(zhǎng)的工作時(shí)間。
從圖1可以看出，不斷增多的功能促使手機(jī)需要更多不同功率水平的低電壓輸出電平。一個(gè)例子是用于圖像處理的應(yīng)用處理器，它在視頻捕獲期間需要高達(dá)360mw的功率。在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，手機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的負(fù)載所需的峰值功率通常將超過(guò)4W。這么高的功率會(huì)很快耗盡電池的能量。影響電池運(yùn)行時(shí)間的另一重要因素是電源效率和系統(tǒng)電源管理。
低電源轉(zhuǎn)換效率將導(dǎo)致發(fā)熱。這種熱量是因?yàn)殡妷赫{(diào)節(jié)器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功率損失而產(chǎn)生的。但手機(jī)中沒(méi)有用于冷卻的風(fēng)扇或散熱片，而只有密集封裝的印制電路板。因此沒(méi)有任何通道可讓熱量散出。這些熱量會(huì)縮短電池壽命，并降低產(chǎn)品的可靠性。
由于電壓轉(zhuǎn)換期間會(huì)產(chǎn)生熱量，業(yè)界需要重新考慮應(yīng)該采用何種穩(wěn)壓器。目前，制造商正在采用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器取代簡(jiǎn)單但低效的線(xiàn)性低壓降(LDO)穩(wěn)壓器，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器具有更高的效率。
對(duì)于可滿(mǎn)足手機(jī)內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換需求的不同電壓穩(wěn)壓器，我們必須認(rèn)真考慮它們的優(yōu)缺點(diǎn)(見(jiàn)表1)。目前有三種選擇：線(xiàn)性L(fǎng)DO穩(wěn)壓器、無(wú)電感型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(亦稱(chēng)為充電泵)以及傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(基于電感器) 。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可避開(kāi)所有線(xiàn)性穩(wěn)壓器的效率缺點(diǎn)。通過(guò)使用低阻抗開(kāi)關(guān)和磁存儲(chǔ)組件，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率能達(dá)到96%，從而顯著減少轉(zhuǎn)換過(guò)程的功率損耗。由于工作在非常高的開(kāi)關(guān)頻率(大于2MHz)，這可以減小外部電感和電容的尺寸。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)比較少，而且能夠通過(guò)良好的設(shè)計(jì)技術(shù)加以克服。
介于線(xiàn)性穩(wěn)壓器與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器之間的是充電泵。在充電泵中，外部?jī)?chǔ)能元件是電容而不是電感。由于沒(méi)有電感，它可以減輕潛在的電磁干擾問(wèn)題，以免影響敏感的RF接收器或藍(lán)牙芯片組。充電泵的缺點(diǎn)是有限的輸入輸出電壓比以及有限的輸出電流能力。
拍照功能引發(fā)的挑戰(zhàn)
許多3G手機(jī)都能拍照甚至傳送視頻流。不過(guò)，當(dāng)消費(fèi)者開(kāi)始接受這些內(nèi)置相機(jī)的手機(jī)時(shí)，他們要求擁有更高質(zhì)量的攝像能力。業(yè)界已經(jīng)準(zhǔn)備采用改進(jìn)的圖像傳感器和光學(xué)系統(tǒng)，但工程師要特別關(guān)注高質(zhì)量的 “閃光” 照明。閃光燈是獲得良好攝像性能的關(guān)鍵，但當(dāng)你準(zhǔn)備在結(jié)構(gòu)緊湊的3G手機(jī)上實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能時(shí)必須謹(jǐn)慎考慮。
對(duì)于兩百萬(wàn)像素照相手機(jī)，內(nèi)置閃光燈的尺寸和性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要考慮的兩個(gè)關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在，閃光照明有兩種實(shí)際選擇：白光LED(發(fā)光二極管)和閃光燈。表2比較了LED與閃光燈的性能。LED的優(yōu)勢(shì)是具有連續(xù)工作能力，而且只需要低密度的支持電路。
然而，閃光燈擁有一些對(duì)高質(zhì)量攝像特別重要的特性。它的線(xiàn)源光輸出是點(diǎn)源LED的數(shù)百倍，因而可以在大范圍內(nèi)產(chǎn)生密集且容易發(fā)散的光線(xiàn)。此外，閃光燈的色溫是5500°K至6000°K，這非常接近自然光，從而消除了白光LED在藍(lán)光峰值輸出時(shí)所需的色彩校正。
大多數(shù)設(shè)計(jì)師希望擁有氙閃光燈的性能，但他們必須保證電路尺寸和復(fù)雜度不會(huì)對(duì)方案的具體實(shí)現(xiàn)造成負(fù)面影響。要更好地理解與此任務(wù)相關(guān)的設(shè)計(jì)困難，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮閃光燈的物理尺寸和操作以及為了確保它安全、正確地工作所需的支持電路。
閃光燈及其支持電路
閃光燈通常是一個(gè)充滿(mǎn)氙氣的圓柱形玻璃管，其陽(yáng)極與陰極都直接與氙氣接觸，而沿?zé)艄芡獗砻娣植嫉挠|發(fā)電極則不與氙氣接觸。氣體擊穿電壓一般是在幾千伏范圍內(nèi)。一旦發(fā)生擊穿，燈阻抗會(huì)下降到1W以下，此時(shí)流過(guò)擊穿氣體的高電流就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的可見(jiàn)光。
評(píng)論