USB無(wú)線(xiàn)調制解調器的功率管理考慮事項

　　前端電源模塊有兩種不同方案來(lái)配置限流開(kāi)關(guān)：DC/DC 轉換器和大型鉭充電電容器，如圖4所示。 拓撲 A 的順序為 USB -OCP (過(guò)流保護) - DC/DC，而拓撲 B 的順序是USB - DC/DC – OCP。

　　在拓撲A中，利用限流開(kāi)關(guān)來(lái)防止USB輸入電流超過(guò)預定的電流水平，由降壓轉換器為下游模塊供電;而拓撲B則為充電電容器前面的GSM/GPRS PA提供專(zhuān)用限流功能。設計人員應該充分了解每種拓撲的優(yōu)缺點(diǎn)，以滿(mǎn)足不同的設計要求。

　　拓撲A

　　由圖4 (a)可看出，由于限流開(kāi)關(guān)負載前置，并且可以通過(guò)編程達到所需電流，故拓撲A允許設計人員簡(jiǎn)單限制USB主機設備的輸入電流，最終給整個(gè)系統提供一個(gè)短路保護。超過(guò)預定電流水平(允許一定的容限范圍，通常為 ±25%，但最好選擇更嚴格的容限，比如10%)的輸入電流無(wú)法流經(jīng)開(kāi)關(guān)。此外，由于充電電容器的容許電壓降較大，也可以采用較小的充電電容器，從而節省BOM成本，減小解決方案的尺寸。

　　但另一方面，拓撲 A 對于實(shí)現USB調制解調器設計又存在著(zhù)諸多不利因素。首先，必需一個(gè)額定電流超過(guò)2A的降壓轉換器來(lái)為下游器件供電，比如需要2A 脈沖電流的 GSM/GPRS PA、基帶以及PMIC。這時(shí)，額定輸出電流超過(guò)2A 的轉換器具有一定的裕量，是個(gè)不錯的選擇。其次，充電電容器需要比較高的擊穿電壓，至少6.3V，這是因為5VBUS要求所致，并且它可能影響到解決方案的成本。最后，降壓轉換器的輸出電壓可能會(huì )因充電電容以及USB主機設備的最大容許輸入電流不同而有所差異。圖5所示即為電容值實(shí)例。

　　本文使用的FAN5353是一款額定電流為3A的單片式同步降壓轉換器，FPF2165R則是一款容限10%的可調限流開(kāi)關(guān)， 限流和輸出電壓分別為600mA和3.7Vout。

　　圖5(a)顯示由于采用了3mF的大充電電容器， 在2A脈沖負載期間，Vout無(wú)顯著(zhù)下降被調節到3.7V。從圖 5(b)可見(jiàn)，隨著(zhù)1.5mF 充電電容器的放電，GSM/GPRS PA輸入線(xiàn)上出現400mV壓降，波形如藍色曲線(xiàn)。

　　拓撲B

　　在圖6所示的拓撲B中，除了GSM/GPRS PA之外，基帶和PMIC的輸出電壓恒定。這種結構頗具優(yōu)勢，因為無(wú)需擔心主要通信芯片組出現電壓波動(dòng)或電壓降。

　　其次，在GSM/GPRS PA之前可采用一個(gè)額定擊穿電壓比較低的鉭充電電容器，因為降壓轉換器的Vout一般被調節到3.6 至 3.8V，故額定4V的大電容(bulk capacitor)就足夠了，從而節省BOM成本。

　　最后，可以采用額定電流較低的降壓轉換器，只要它能在PA之前提供預定限流級的電流，并為其它電源模塊提供最大負載電流即可。一般額定電流1A的降壓轉換器就可以實(shí)現，相比拓撲A，這可大大節省BOM成本。

　　不過(guò)，這種方案也有不少缺點(diǎn)。首先，在調節USB輸入電流以滿(mǎn)足USB規范要求方面，設計比較困難。如圖4 (b)所示，限流專(zhuān)用于GSM/GPRS PA，設計人員必須得同時(shí)考慮到PA負載條件、其它電源模塊以及USB輸入電流。第二，視GSM/GPRS PA輸入電流和限流閾值的容許電壓降而定，必需一些較大的充電電容，從而導致BOM成本增加，外形尺寸變大。

　　從圖6可見(jiàn)，在電容3mF，限流600mA的條件下，GSM/GPRS PA的Vout降至3.1V。如果PA輸入壓降需求較小，則需要較大的電容。簡(jiǎn)言之，表1對拓撲A和拓撲B進(jìn)行了對比。設計人員必需權衡折衷，做出正確的選擇。