便携式电子产品低功耗电路的设计技巧和分析

随着设备温度的降低，器件寿命则相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半），同时由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。

　　其次，对音频部分来说，主要是音频放大器件(Audio Amplifier)，现有的功率放大器有A类、B类、AB类和D类，这其中D类放大器的效率最高，A类、B类和AB类线性放大器输出级都需要提供不小的偏置电流。其中A类放大器的效率最低一般不用。而D类放大器不需要偏置电流，所以具有较高的效率，能够大大延长电池寿命。所以在便携式电子产品中D类放大器应该是最好的选择。但是因为成本上现在D类放大器还没有优势，所以大部分的便携式电子产品中还是采用的多是AB类放大器。下面重点介绍一下AB类和D类放大器比较D类放大器的效率优势。典型的AB类放大器效率最高只能达到50-70%，而典型的D类放大器与之相比，效率可达85%，尤其是在低功率输出方面D类放大器比AB类放大器能储存更多的能量。即使是全功率或低功率输出，效率方面也更为突出。基本的D类放大器理论（如图1）是给定的小模拟信号作为功率放大器的输入。功率放大器内部调制器将模拟转换成数字信号（所以在某种意义上来说它是一种数字攻放），如脉宽调制(PWM)，但它仍然是一个微弱的数字信号。然后，桥接放大器将数字信号的振幅放大。然后将高幅度数字信号转换回模拟输出。在这种情况下，放大器就可以完全工作在开关状态，在开关状态晶体管的效率是很高的，因为在完全导通的时候晶体管的电流很大，但是电压很小；在截至的时候加在晶体管的电压很高，但是流过得电流很小。同时在没有音频信号时使晶体管完全工作在截至状态，这样就可以尽量得减少功率的损耗，使其工作在高效的状态。在这里如果采用 D类放大器则可以比AB类的效率提高一倍。这类放大器正在越来越多的被应用在便携式产品中。在便携式 DVD中已经被大量采用。

图1 D类放大器理论图

　　还有就是前面提到了软件对提高整机的效率也起着至关重要的作用，因为通过软件对I/O口的控制来实现电源的有效控制，对I/O进行设置，使它只在工作时消耗功率，比如对我们便携式DVD TFT的电源管理部分来说，关屏的时候，最好可以把去屏的所有电压都关掉，我们现在有的做法是只将高压板产生的背景等的高压关掉，但是FAN5331产生的正负压及其他屏的模块需要的电压还是在工作，这就会造成不必要的功率损耗。现在我们可以通过I/O口直接控制FAN5331的始能端（EN）,这样在关屏的时候直接将FAN5331关掉，这样使整个屏的模组都处在关断状态，使消耗的功率达到最优化。

　　其他需要注意的地方就是：在我们的系统中有很多信号需要上拉或者是下拉，当然信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级。有人认为加了上下拉，这些信号的工作状态会更加稳定，但是这使整机的功耗也随之增加。所以在设计的时候要搞清楚哪些信号是必须要上拉的，如果可以不上拉的尽量不要用。

　　基于以上所说，这对我们设计者来说必须具备在有限的功率指标下实现更高电路性能的能力，另外还要满足基本的系统性能指标要求、和成本目标要求。我们需要仔细分析系统中所有部件的功率情况，来进行合理的选择硬件电路设计所涉及的器件和芯片，提供出最好的设计方案。