面向便携式应用的电源管理趋势

面向便携式应用的电源|稳压器管理正成为半导体领域夺目的亮点。据市场调研公司CIR发表的市场报告指出，未来几年内基于便携式应用的电源器件市场前景非常乐观。

便携式设备中与日俱增的新功能，将对电源管理形成大量新的需求。与此同时，便携式设备制造商正面临越来越大的压力，他们必须把这些功能集成进不断缩小的体积内，同时又要让它维持较长的工作时间。

例如，随着3G的到来，手机不仅要浏览网页、发送电子邮件、拍摄数码照片，甚至要能播放视频流，这些都给电源管理带来巨大挑战。同时，随着处理器速度的加快，整个电源管理方案和各个子系统必须跟上这一变化，提供配套的电源支持。此外，新型电池技术、尤其是微型燃料电池技术的商用化即将开始，也迫使电源芯片厂商重新思考未来的电源系统设计。

与之相应地，这些新的变化趋势也为电源芯片厂商创造了巨大商机，促使他们绞尽脑汁开发更先进的、各具特色和尺寸越来越小的电源管理解决方案，以支持日益复杂的系统电源要求和新功能。为了全面深入地了解当今便携式应用领域的最新电源管理趋向，本文特邀领先半导体公司德州仪器|仪表(TI)、飞兆(Fairchild)、凌特(Linear)、安森美、国半(NS)、微芯科技(Microchip)和立锜科技分享他们的见解与智慧。

电源管理器件在封装、效率和成本之间取平衡

在终端设备的小体积趋势下，系统工程师所需的电源器件必须能延长电池寿命和缩小线路板面积。供应商在设计这类器件时，就需要在效率、封装尺寸和成本之间反复权衡。飞兆半导体的亚太区总裁郭裕亮表示："小尺寸封装的散热能力不及大尺寸封装产品，迫使我们提高器件的电源转换效率。"

Microchip的模拟与接口产品部资深销售经理GeorgePaparrizos指出，系统设计的功耗取决于输入/输出电压之间的差异和所要求的负载电流。"由于新型数字元件需要更大的电流，降低能耗的两种主要方式只能为采用略高于输入电压的输出电压，或者采取智能的系统控制。"他说，对电源的更高要求，刺激了能节省空间、并具有更高散热性能的新型封装技术的发展，也使无引脚封装(DFN和QFN)大行其道。

便携式应用中电压转换的数量也在不断增多，因此人们认为有必要对电源转换采用同样的高密度封装。TI便携式电源管理全球业务市场经理PatrickHeyer说："改进后的封装技术将继续致力于缩小占位面积、接近内部硅片的尺寸、提供良好的导热性、降低成本和符合标准客户处理要求。多芯片封装技术将允许提供更加全面的功能，同时将外部元件数量减到最少。"

他还指出，焊线(Bondwires)将继续让位于焊料突起或其它创新性技术，这些技术允许电源芯片能够承受大电流、高发热和高频信号。创新性的电路设计，将为采用性能得到改进的特点创造条件，这些特点包括软开关、优化的门驱动、更高的精度、较高的开关频率和更好的控制算法。

当今大多数便携式设备中都存在多种充电电源，为了在空间狭小的电路板上实现最佳效率，针对电池的功率管理设计变得日益复杂。Linear公司电源业务部产品市场经理TonyArmstrong说："只需研究一下诸如数码相机、MP3播放机、GPS接收机和PDA等产品即可一目了然。

此类产品大多可由AC适配器、USB接口或锂离子电池来供电。这些电源之间的功率通路控制是一项重大挑战。"

他继续说，工程师一直在尝试采用分立组件来实现上述功能，但面临很大困难，比如热插拔以及会引发严重系统问题的浪涌电流等。目前大多数电池供电型便携式产品都采用专用电源芯片，来实现电池充电、功率通路控制、提供多个电源电压以及诸如真正的输出断接和精确的USB限流等保护功能。采取这种方法的原因很清楚，即只需单个器件便可满足其全部的电源管理要求。不过这样做也有缺陷，专用电源芯片的先天不足导致其很难针对所有上述功能来实现其性能的最大化，并使得从产品设计到投产的时间变得很长。

对于未来电源管理领域的发展趋势，国半公司亚太区便携式设备电源管理产品市场经理罗振辉指出，未来电源管理系统不应只着眼于开关稳压器的转换效率，应同时仔细考虑电源管理芯片是否有稳定的批量供货以及封装是否小巧，而且即使封装极为小巧，芯片的功耗、精确度及噪音水平也不应受到丝毫的影响。

显示屏|显示器件成为节能设计重点攻关领域

最近的趋势显示，彩屏正迅速成为多数新款手机、PDA和数码相机的标准配置。彩屏、游戏、互联网浏览和短信等特点所要求的显示屏使用时间越来越长，如何有效支持这方面的需求成为各电源管理器件厂商的重点"照顾"对象。安森美半导体模拟便携和消费产品应用部门总监BernieWeir说："2003年手机的换机数量首次超过了整个手机销售总量的50%，这些第二代、第三代手机用户有丰富的手机使用体验，希望手机成为带LCD彩屏的多媒体语音通讯五金|工具。如何能有效支持手机彩屏显示、上网浏览、游戏和发送短信等功能，以增长背光LED所使用的时间，是设计者优先考虑的重点之一，对每一微瓦的电能都要精打细算。"

显示屏的清晰度越来越高，画面色彩更要比以前璀璨亮丽，这使显示屏的功耗不断增加，如何节能已成为便携式设备设计工程师需要面对的一个重大问题。为节能所做的改善几乎涉及显示系统的每一个角落。NS公司亚太区显示器产品市场业务经理陈永信介绍了一种全新技术--移动像素链路(MPL)，它是基带处理器与显示屏/相机之间的一个接口，可将有关芯片连接一起，减少铰接位的线路，从而减少这些线路上的能量损耗和随之而来的电磁干扰。

此外，为显示屏提供背光的发光体是系统之中耗电量最大的电路，其耗电量是显示屏所获供电的十倍以上。飞兆半导体的技术市务工程师EnriqueRodriguez说，"在LCD显示器的各种背光方案中，LED方法由于减少了外部元件数如变换器等，因而可大幅减少功耗。此外，多种LED驱动方案都采用脉冲宽度调制(PWM)来降低LED的平均电流，从而减小了驱动电路所需的功率。"

目前，厂商们正在开发更先进的LED电荷泵产品，以提高背光功率。"市场要求现在的LED电荷泵器件必须为主屏、次屏显示器以及至少一个RGB显示提供背光电源。"Linear的Armstrong说。他注意到产品设计要求不断扩展的特点，"电流精度和亮度匹配问题是非常复杂的，虽然工程师对于10%的电流精度尚能接受，但他们绝对容忍不了匹配精度高于5%。"