下一代手機中的電源管理分割方案

　　第三代(3G)手機可提供具有更多功能的各種特性。當消費者享用這些通信設備最新及更好功能的時候，他們還繼續(xù)要求單個電池的工作時間更長、手機的外形尺寸更小。盡管IC集成可幫助解決尺寸問題，但同時也會增加設計復雜度并限制設計靈活性。當今的手機設計工程師必須考慮多種因素來有效地優(yōu)化電池使用，以延長電池工作時間。因此，必須結合使用高度集成化的電源管理單元和高性能分立器件來進行電池管理、功率轉換以及系統(tǒng)管理。 
 


圖1：的系統(tǒng)組成框圖。 
 
兩難選擇：功能與電池功率 

　　當設計一款高級無線設備時，設計工程師將面臨一個兩難選擇。一方面，他們需要將許多功能集成到一個通常由電池和顯示屏的尺寸、復雜的用戶接口和設計工程學所決定的特定外形尺寸中；另一方面，電池的可用能量取決于決定它們能量密度與物理尺寸的化學特征，這些不斷變化的參數常常迫使設計工程師要更高效地使用電池功率，以滿足消費者對待機時間和工作時間的要求。 
　
　　如今的3G多功能手機能支持多個空中接口，不僅提供GSM、WCDMA等多波段調制解調器連接，還可通過藍牙、無線LAN、紅外以及USB接口進行其它連接。數碼相機功能已成為許多手機的標準配置，它需要復雜的相機引擎和高發(fā)光度的閃光燈來拍攝高質量照片。隨著數據傳輸速度的增加，手機的視頻電話功能也有可能實現(xiàn)。此外，高速應用處理器還提供強大的音/視頻處理能力，以支持數字電視(DTV)信號和MPEG音頻編解碼。更新型的手機還將增加FM無線電和數字電視調諧器以增加手機的娛樂價值。數據吞吐量的提高最終將需要高密度的存儲容量，這可通過存儲器擴展槽，甚至微型硬盤驅動器來實現(xiàn)。不難想象，這些無線設備大部分還將兼有便攜式游戲設備的功能。 

　　作為能量來源的電池在系統(tǒng)中占有重要地位。如今，幾乎百分之百的3G手機都采用鋰離子電池，這種電池是所有可充電化學電池中能量密度最高的。大多數電池的尺寸大約為50×40×5mm，容量在900mAh至1,200mAh之間。盡管燃料電池技術所能提供的能量密度將大大高于鋰離子電池的能量密度，但由于技術與政策上的問題，預計還需數年時間燃料電池才能得到廣泛應用。此外，鋰離子電池技術有望逐步得到改進，其電池容量可能增加30(。因此，系統(tǒng)工程師基本上還會繼續(xù)使用可提供大約1,500-1,800mAh容量的鋰離子電池。 

　　這種兩難選擇最終將驅動數字與模擬半導體技術轉向下一個更低的功率節(jié)點，并推動超高效電池使用技術的發(fā)展。 

集成與布局的問題 

　　很顯然，隨著所有功能都被集成到一個尺寸相對較小的設備中，對一組合適的高性能模擬與數字器件進行集成變得非常必要。為強調這種集成的復雜性，圖1給出了3G手機的主要系統(tǒng)架構。 



圖2：用于精確測量電池電量的電池電量計。 
 
　　但問題是：需要使哪些器件集成并如何解決手機外形尺寸對器件布局的影響？一個顯而易見的答案就是集成為基帶處理器、音頻子系統(tǒng)及接口器件供電的標準電源，這些標準電源為不同的手機平臺和使用同樣基本芯片組的手機供應商所采用。但這存在兩個固有的重大挑戰(zhàn)。 

　　首先，工業(yè)設計上的考慮將允許根據所需功能和人類工程學、以多種不同方式設計手機。現(xiàn)在，電氣設計需要考慮到手機可能被設計成棒狀、蛤殼狀或滑動式手機造型，它們都是采用不同的顯示屏、鍵盤和揚聲器配置。這些設計差異對如何放置顯示背光、相機模塊及其它子系統(tǒng)都有很大影響，而且在某種程度上還會限制這些元件的集成。有時候，電源或音頻功能的“一體化”集成可能意味著更長的走線、復雜的電路板布局或由噪聲帶來的電氣設計挑戰(zhàn)。 

　　其次，手機制造商需要對手機型號系列進行富有成本效益的管理。為了用不同的手機型號滿足市場需求，手機制造商必須提供特性和性能水平不同的產品，而這些產品的價格也都不一樣。要想在競爭激烈的市場中獲得最高利潤，這些手機的成本必須隨功能而改變，而這將無法把每種功能都集成到一個大IC上。如果某個特性不是給定的手機型號所想要的，那么應從電路板上卸下這個特定功能及其電源，以減少成本。 

　　此外，采用相同基本芯片組的手機制造商還需要使其產品有別于競爭對手的產品，這也促使不對各種主要特性進行集成以保持產品的差異化。產品差異化的典型例子可能包括(但不限于)：更亮的相機閃光燈、更強大的噴燈模式、D類立體聲音頻性能、特殊顯示屏與鍵盤背光效果、MP3音頻播放功能、FM無線電以及精確的電池電量計量等。