知名廠(chǎng)商詳解如何實(shí)現智能手機的電源設計

　　LDO是電路板設計上常見(jiàn)的直流轉換組件，LDO都是高電壓轉低電壓工，作原理是類(lèi)似像分壓原理，其腳位少、可以過(guò)濾電源噪聲。但LDO雖然是低轉換電壓，功耗相當低，但仍有部分電力耗損，如果音頻放大器能夠提高到超過(guò)60dB，就不需要應用上LDO，可以降低音頻電路功耗。

　　圖 奧地利微電子推出200mA微型超低壓降穩壓器AS1369，僅占1mm2 PCB空間，適合移動(dòng)電話(huà)與PDA…等空間有限裝置。AS1369 LDO可實(shí)現性能提升，延長(cháng)電池壽命。

　　DC/DC電源轉換器產(chǎn)品 可減少LDO需求

　　在電源管理IC選擇中，終端市場(chǎng)對產(chǎn)品尺寸及電源轉換效率要求日益嚴苛，因此屬于低成本但效率較差的LDO線(xiàn)性穩壓器，漸受到電源轉換效率較好，但設計和成本門(mén)坎較高的交換式穩壓器（Switching Regulator）威脅，例如直流轉直流轉換器（DC/DC Converter）市場(chǎng)的沖擊與威脅，造成LDO量縮，甚至因此導致價(jià)格下跌，價(jià)格競爭壓力，讓不少電源IC業(yè)者轉投入DC/DC電源產(chǎn)品研發(fā)。

　　高頻率的DC/DC轉換器，可讓系統周邊僅須搭配很小的電感或電容即可，進(jìn)而縮減電路板面積，當手機與數字相機（DSC）朝輕薄設計發(fā)展，勢必要減少系統對于單顆LDO需求。因此，使用單組LDO的機率就愈低，不少廠(chǎng)商都轉向投入DC/DC轉換器研發(fā)，包括以經(jīng)營(yíng)LDO為主的安茂微電子，也正全力投入DC /DC轉換器開(kāi)發(fā)。

　　整合電源管理芯片趨勢

　　1.低階手機基頻芯片整合PMU

　　PMU 主要是用于解決手機內部電源管理問(wèn)題，發(fā)展PMU的主要目標，即是為手機做有效節電，以避免效率轉換損失。目前低階手機芯片的核心主軸基頻芯片，已朝整合 PMU電源管理模式發(fā)展，由于基頻芯片整合PMU可節省手機空間，PMU可具不占空間以及高整合性?xún)?yōu)勢，讓廠(chǎng)商致力于發(fā)展基頻芯片整合PMU方案。

　　2.高階手機應用處理器整合PMU

　　而高階手機部分，如3G智能型手機配備多媒體影像、無(wú)線(xiàn)傳輸功能設計，其應用處理器耗電量更大，因此就必須發(fā)展專(zhuān)用、整合型PMU，以降低應用處理器耗電量。例如，意法半導體就整合了USB OTG高速（High Speed）與音訊編/譯碼（Audio Codec），因應智能型手機對音訊的精致度要求，讓手機具快速數據傳輸功能。而美國國家半導體，也針對LED發(fā)展出高整合度照明管理單元 （Lighting Management Unit；LMU）可解決LED耗電速度快的問(wèn)題。

　　另外，電源管理芯片朝客制化發(fā)展，將成為未來(lái)趨勢，為提高PMU使用彈性、擴大應用空間，針對某類(lèi)型市場(chǎng)或處理器平臺，開(kāi)發(fā)出客制化規格，才能創(chuàng )造出業(yè)者的市場(chǎng)競爭力。例如德州儀器針對三星的應用處理器，便推出了專(zhuān)屬PMU解決方案，希望通過(guò)提供客制化的PMU產(chǎn)品服務(wù)，積極開(kāi)發(fā)類(lèi)型（Catalog）PMU，提高產(chǎn)品市占率。

　　而意法半導體量產(chǎn)的整合型PMU，則是采模塊化策略，盡可能整合高階手機必要功能，如客戶(hù)有提出某項功能不合適，只需將該功能關(guān)閉繼續保留其它功能，滿(mǎn)足不同客戶(hù)對手機定位的要求。

　　圖 美國國家半導體高整合度燈光管理單元（LMU），內建高電壓升壓轉換器及可程序恒流驅動(dòng)器，可以控制顯示器背光系統內高達20個(gè)串聯(lián)發(fā)光二極管，以及驅動(dòng)設于小鍵盤(pán)和相機閃光燈內的發(fā)光二極管與紅綠藍 （RGB）光發(fā)光二極管。

　　分離式電源芯片 設計彈性佳

　　由于整合性電源管理芯片，仍有功能設計限制及彈性不佳缺點(diǎn)，無(wú)法為市面上所有手機附加功能全部整合在內，一旦選擇整合型PMU，如果設計生產(chǎn)過(guò)程出現瑕疵問(wèn)題，則會(huì )影響到后續的作業(yè)程序；而分離式電源芯片有更多彈性設計，在規格上都能達到兼容，在功能性、設計方案可以有更多選擇性，可避免單一芯片商可能影響設計、生產(chǎn)…等問(wèn)題。

　　整合性電源管理芯片種種設計限制，凸顯分離式電源芯片有更大彈性及變化優(yōu)勢，特瑞仕半導體發(fā)展的多芯片封裝（MCM）模式，就屬于分離式電源芯片1種，其能針對有些微差異功能的手機，進(jìn)行電源管理設計與功能變更，而整合型電源管理芯片，只能專(zhuān)用于某型號的手機中。

　　多芯片封裝（MCM）模式與LDO、DC/DC轉換器…等分離式電源管理芯片，其設計彈性大，使其能與整合型PMU市場(chǎng)地位并駕齊驅?zhuān)簧贅I(yè)者也紛紛提出類(lèi)型化、模塊化芯片設計，分離式電源管理芯片可就單一功能進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，因應未來(lái)手機快速汰舊換新、求新求變的產(chǎn)業(yè)趨勢中，才能符合手機業(yè)者的客制化需求。

　　在提出分離式電源管理芯片業(yè)者中，美國國家半導體的移動(dòng)像素鏈接（Mobile Pixel Link；MPL）實(shí)體層技術(shù)，針對影像顯示畫(huà)素造成的耗電進(jìn)行管理，以進(jìn)一步解決電源供應、噪聲、及穩定性問(wèn)題，該技術(shù)主要應用于小型顯示器及數字相機。MPL能將RGB數據影像從原本24位傳送，轉換成18位數據進(jìn)行傳送，影像訊號傳輸路徑變大，影像也較清晰，還可達到省電效果。

　　電池容量管理 增加使用效率

　　電池轉換技術(shù)不斷精進(jìn)，然而電池容量卻仍趕不上手機廠(chǎng)商需求，與消費者對手機使用時(shí)間的滿(mǎn)足。雖然近年來(lái)，為提高手機電池使用時(shí)間，業(yè)者開(kāi)始專(zhuān)注更多高能量電池開(kāi)發(fā)，但對鋰離子電池的逐步改進(jìn)預期，也僅能小幅增加2“3成電池容量。

　　電池容量短期內不會(huì )有突破性發(fā)展，就必須靠妥善管理電池容量，讓電池可以提供更長(cháng)的使用時(shí)間，而適當的電池管理就顯得格外重要。例如對電池的偵測、充電控制、電池保護…等，都可有效管控電池容量狀況。透過(guò)電池偵測組件，可以檢視電池剩余電力，用簡(jiǎn)單的電荷計量器，由中央處理器負責計算剩余電力，或是通過(guò)微控制器的量測組件，提供剩余供電時(shí)間、剩余電力、電池電壓、溫度、電流量…等數據數據，可讓使用者更有效掌握電池供電現況。