手机系统的电源管理

Management of Handset System Power
安森美半导体 Manisha Pandya Andy Khayat

集成了新特性的手机，对于手机新用户和想更换旧手机的现有用户来说， 都是一个强大的吸引力，而集成了拍照功能的相机手机则更引人注目。预计今年增加了许多新特性的手机会进一步推动市场增长，如MPEG 视频、集成PDA功能、蓝牙/WLAN和高速数据传输。新增的功能向手机设计师提出了更大的挑战，因为这将直接面临更小尺寸和延长电池寿命的要求。这些趋势要求高集成度、低高度的电源管理功能器件和高转换频率的工作，在延长电池寿命的同时又不能牺牲效率。另外，开关稳压器靠近敏感的无线RF电路，会带来潜在的噪声和干扰问题 。安森美半导体用于手机应用的电源管理系列器件提供了高性能的模拟解决方案，帮助手机设计师解决这些现实问题。图1为关键的电源系统模块。

系统电源降压：芯片电源

随着芯片尺寸的缩小，移动处理器的芯片电压也在降低。

移动处理器电源的直流-直流开关降压稳压器支持在工作模式下小于1.5V到各种睡眠模式下小于0.8V的动态电压范围，且容限紧，负载电流更高，瞬态响应更陡，并具有智能外围设备接口管理，以获得的系统效率。重要的是，转换器需要工作在多模式配置以保持轻负载时的高效率，并减小对RF功能的噪声干扰。安森美半导体的NCP1500 系列为手机设计师提供了紧凑高效的直流-直流解决方案。

系统电源升压：照相机闪光灯电源

目前销售的一般手机的照相机象素在30万以内，虽然这对小型的彩色LCD 手机显示屏来说已足够了，但是130万象素及以上的解析度才是今年手机的主流。用解析度为130万象素及以上的照相机拍摄的照片才可以获得可接受的图象质量。

适合低于2百万象素手机所需的光输出和照明模式，可以通过对白色LED强制大电流偏置，或对多个LED的更小电流偏置来产生。为了获得距离和光输出，LED用直流电流进行脉冲驱动。单个大电流白色LED的典型电流峰值脉冲大约为1200-1500mA，持续时间约为200ms。基于LED的照相机闪光灯驱动电路，可以是基于LED配置以及各种性能折衷的感应降压－升压、升压或电荷泵转换器。

安森美半导体的高性能白色LED驱动器系列产品，为多个LED和单个LED配置提供了解决方案。

图2所示的基于NCP5007 的直流-直流转换器电路，对多达3到5个白色LED串连配置的闪光灯和连续光供电。当系统准备拍照时，闪光灯被脉冲触发，脉冲加到NMOS晶体管Q1使其导通，强迫大电流流过白色LED。照明/光控制可以用EN引脚上的PWM调光控制实现。90%的效率，低静态电流和广泛的保护特性如过压、短路和热停机使NCP5007成为紧凑移动应用中的一个良好的解决方案。

如果要使用更高解析度的手机以得到光谱质量，基于氙灯的闪光灯可以提供更好的性能，但是一般它不适合用于较小的高度尺寸。因此需要一个紧凑的闪光灯充电器IC和微型氙灯泡。

系统电源升压：LCD背光

用一块锂离子电池对高解析度彩色LCD背光驱动器供电，需要一个高性能的升压稳压器。由于对彩色显示屏需求的增长，用于LCD背光的白色LED的数量在增加，这也相应的增加了驱动白色LED的功率。一般，升压稳压器为串连配置的5到6个LED产生24V输出，或者为并行配置的多个LED产生大约1W的功率。在两种情况下，获得均匀亮度、避免停机模式中的泄漏电流以及调整LED亮度以匹配效率的照明条件是非常重要的。高频PWM/PFM工作让设计师可以使用更小的磁性元件，满足低高度要求。安森美半导体的高性能直流-直流升压转换器系列是专门为这些特性而设计的。

系统电源： W-CDMA RF 电源

3G服务的推出要求手机具有高速传输能力，因而需要更宽的带宽，结果是需要发射放大器有更高的功率，这再次要求更高效率的电源，而渐受手机设计师欢迎的架构之一是采用特殊应用的降压直流-直流稳压器，以满足动态的RF放大器功率要求。

为了达到这个目的，功率放大器(PA)的电源电压的自由空间应进行动态调整，由PA的开关稳压器调整至只需容纳RF信号的幅度。当工作在峰值功率以下时，不断节约功率。因为只有当手机离开基站很远时才需要峰值功率，浪费的平均能量可以大大减少，延长了电池寿命。在峰值发射功率情况下，PA需要3.4V电源，吸收 300mA到600mA电流。在的发射功率，接近基站和只发射语音的情况下，PA只吸收30mA电流，电源电压在0.4V~1V之间。这对应于PA 功耗范围为2040mW，12mW。在宽的负载范围内效率高、低噪声工作、输出电压动态可调、转换速率和输出可快速设置、高频工作、100%占空比的低压降模式和旁路模式等是对RF PA步降稳压器必须的性能要求。

系统电源：电池管理

便携式设备变得越来越小、越来越复杂，充电器变得关键，不仅是需要从电池中获得更多能量，而且当试图在小的空间中使其耗散接近3W的功率时，要保护设备防止温升过高或发生其他故障情况。手机电池管理的发展趋势是，具备 CC/CV/脉冲>1.5A电流的能力，在不久的将来能与墙式适配器/USB和汽车组件接口兼容。

低压降线性稳压器

典型的手机使用7到12个低压降线性稳压器对各种增加的低功率子系统供电。其中大多数低压降稳压器一般集成在电源管理单元（PMU）中。但也有几个可以离散设置在板上，以满足PCB布线限制、关键的噪声规范或非标准功能模块的功率需要。超低的瞬态电流、高PSRR（电源供应抑制比率）、超低的噪声工作、低压降和更紧的输出电压容限是集成 LDO的关键性能要求

不断的增加特性推动了手机中每个子系统的复杂的先进电源管理。