3G手機中的電源管理分割方案介紹

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(shí)候，他們還繼續要求單個(gè)電池的工作時(shí)間更長(cháng)、手機的外形尺寸更小。盡管IC集成可幫助解決尺寸問(wèn)題，但同時(shí)也會(huì )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(lái)有效地優(yōu)化電池使用，以延長(cháng)電池工作時(shí)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(lái)進(jìn)行電池管理、功率轉換以及系統管理。

　　圖1：3G手機的系統組成框圖。

　　兩難選擇：功能與電池功率

　　當設計一款高級無(wú)線(xiàn)設備時(shí)，設計工程師將面臨一個(gè)兩難選擇。一方面，他們需要將許多功能集成到一個(gè)通常由電池和顯示屏的尺寸、復雜的用戶(hù)接口和設計工程學(xué)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(xué)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(mǎn)足消費者對待機時(shí)間和工作時(shí)間的要求。

　　如今的3G多功能手機能支持多個(gè)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(guò)藍牙、無(wú)線(xiàn)LAN、紅外以及USB接口進(jìn)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(lái)拍攝高質(zhì)量照片。隨著(zhù)數據傳輸速度的增加，手機的視頻電話(huà)功能也有可能實(shí)現。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(wú)線(xiàn)電和數字電視調諧器以增加手機的娛樂(lè )價(jià)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(guò)存儲器擴展槽，甚至微型硬盤(pán)驅動(dòng)器來(lái)實(shí)現。不難想象，這些無(wú)線(xiàn)設備大部分還將兼有便攜式游戲設備的功能。

　　作為能量來(lái)源的電池在系統中占有重要地位。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(xué)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(shù)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(shù)與政策上的問(wèn)題，預計還需數年時(shí)間燃料電池才能得到廣泛應用。此外，鋰離子電池技術(shù)有望逐步得到改進(jìn)，其電池容量可能增加30(。因此，系統工程師基本上還會(huì )繼續使用可提供大約1,500-1,800mAh容量的鋰離子電池。

　　這種兩難選擇最終將驅動(dòng)數字與模擬半導體技術(shù)轉向下一個(gè)更低的功率節點(diǎn)，并推動(dòng)超高效電池使用技術(shù)的發(fā)展。

　　集成與布局的問(wèn)題

　　很顯然，隨著(zhù)所有功能都被集成到一個(gè)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(jìn)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手機的主要系統架構。

　　圖2：用于精確測量電池電量的電池電量計。

　　但問(wèn)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(gè)顯而易見(jiàn)的答案就是集成為基帶處理器、音頻子系統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(gè)固有的重大挑戰。

　　首先，工業(yè)設計上的考慮將允許根據所需功能和人類(lèi)工程學(xué)、以多種不同方式設計手機?，F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(dòng)式手機造型，它們都是采用不同的顯示屏、鍵盤(pán)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都有很大影響，而且在某種程度上還會(huì )限制這些元件的集成。有時(shí)候，電源或音頻功能的“一體化”集成可能意味著(zhù)更長(cháng)的走線(xiàn)、復雜的電路板布局或由噪聲帶來(lái)的電氣設計挑戰。

　　其次，手機制造商需要對手機型號系列進(jìn)行富有成本效益的管理。為了用不同的手機型號滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，手機制造商必須提供特性和性能水平不同的產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品的價(jià)格也都不一樣。要想在競爭激烈的市場(chǎng)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(wú)法把每種功能都集成到一個(gè)大IC上。如果某個(gè)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(gè)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(chǎn)品有別于競爭對手的產(chǎn)品，這也促使不對各種主要特性進(jìn)行集成以保持產(chǎn)品的差異化。產(chǎn)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(lèi)立體聲音頻性能、特殊顯示屏與鍵盤(pán)背光效果、MP3音頻播放功能、FM無(wú)線(xiàn)電以及精確的電池電量計量等。