便携式设备充电专题

　　对于电池供电型便携式电子设备的销售而言,2007年是业绩辉煌的一年.在2007年里,消费者购买了超过11.5亿部手机、1.9亿台笔记本电脑、4100万部MP3播放器、1.004亿台数码相机(DSC)和3900万部GPS系统.不过,我们还漏提了一类产品,那就是兼具上述两种甚至三种产品功能的组合型设备,例如便携式媒体播放器(PMP)或数字媒体广播(DMB)产品.这些产品同样采用单节锂离子电池作为其主要电源,并且正在迅速成为消费电子领域中的重要一品.

　　电源管理是便携式设备不可忽视的重点，便携式设备电源管理的目标是降低便携式设备的用电量，尽可能延长电池的使用寿命。在这方面，便携式设备处理器供应商和电源器件供应商都在积极探索更有效的电源管理技术。

　　ARM的智能能源管理（Intelligent Energy Manager）技术通过与操作系统和应用程序的合作，能够根据需要动态地调整CPU性能，从而实现对能源的智能管理，显著地降低了便携式设备在使用过程中的功耗问题。

　　飞思卡尔的i.MX21应用处理器即使在进行多重作业时，也可以延长电池的使用寿命。这要得益于飞思卡尔的Smart Speed技术――它意味着用户能在电池耗尽之前完成所有工作。

　　在i.MX31/31L中飞思卡尔采用了更高级电源管理工艺技术，例如：自动动态电压和频率变换（DVFS）、动态处理温度补偿（DPTC）、有源偏移（Active well-bias）和电源闸控。

　　Intel的PXA27x则加入了wireless MMX技术和SpeedStep动态电源管理技术，不但大大增强了PXA270的媒体处理能力，而且极大降低了系统功耗，延长PMP产品的电池寿命。

　　除了通过处理器降低功耗外，降低其他元器件的功耗也是必须的。凌力尔特公司电源产品部产品市场经理Tony Armstrong指出数码相机、MP3 播放器、GPS 接收器和PDA 等便携式产品大都通过AC适配器、USB 线或锂离子电池提供电源。在这些电源之间的电源轨控制是一个很大的技术挑战。直到最近，设计师还是通过分别采用多个 MOSFET、运算放大器等实现这个功能，但同时却需要面对热插入及巨大的浪涌电流等问题，而这将引起很大的系统问题。

　　他表示大部分以电池供电的便携产品采用专用集成电路（ASIC）来解决电池充电、电源路径控制、提供多路供电以及实现如真正输出断接和精确USB电流限制等保护功能。采用这种方法的原因显而易见，因为这样用一个器件就可以满足所有电源管理需求。可惜的是，这种方法同样有缺点。首先，ASIC是通过特定晶圆制造工艺而制造，因此难以为各项功能实现性能最优化。其次，ASIC的定义和开发周期通常很长，在要求设计周期短且动态变化快的今天，这一问题变得越来越重要。从概念到出货，电源管理ASIC往往需要用上一年半时间。而在此期间，某一产品的设计需求可能已经变化了三次了。

　　随着便携式设备处理器工作电压不断降低，电源管理也面临新的挑战。Tony Armstrong指出亚微米的CMOS制造工艺，把CPU 和 DSP 电压降至 1V 以下。这要求新一代电源转换集成电路的电压输入必须很低，而且提供的输出电压也要低于 1V，同时还要具有相适应的输出电流、高转换效率、低噪声及扁平紧凑的引脚。随着 DSP 核心电压降至 1V 甚至更低，更需要以低电压提供电源。

　　除了在处理器方面进行有效降低功耗外，便携式设备的显示方面的节电潜力尤其不能被忽视。目前，多数便携式设备开始采用TFT LCD来显示显示用户所需的不同类型信息和数据。制造商所面对的挑战是确保用户能在各种环境下从显示屏上阅读到信息。为了实现这个目标，他们必须为彩色 LCD 提供适量的背光。背光通常由白光发光二极管（LED）产生。同样，这也要求用一种紧凑、有效和低噪声方式为这些 LED供电。

　　不过，电源管理在采用新技术的同时也带来了新的问题，这是便携式开发人员要引起注意的。例如目前许多新型的电池供电型便携式设备用开关电源取代了线性稳压器，从而延长电池寿命。不过，这也引发了新的设计问题，因为蜂窝手机有噪声敏感的无线电路和板上敏感的 RF 接收器。噪声发生器（开关电源）和噪声敏感电路的结合可能会产生干扰。

　　传统的解决方案是将噪声发生电路和噪声敏感电路分离开来。但由于目前的便携式设备多将所有部件紧密封装，所以这种方法已经不可行。采用屏蔽方法则无论在成本上还是体积上都行不通，传统的开关电源是将噪声能量集中到窄带谐波中。然而，一旦其中一个谐波与敏感频率相一致（例如，接收器中频频带）就可能导致干扰。

凌力尔特的Tony Armstrong指出已经成功实施的一个技术是通过扩展工作频谱使开关频率能通过伪随机数（PRN）序列进行调制，从而去除窄