3G手机电源管理的设计挑战

自21世纪一开始，第三代移动通信技术就已经处于主流技术的边缘。然而在过去的时间里，该技术启动所必须的各项技术和运营业务之间并未实现对接，从而导致3G手机的大规模应用的必然推迟。

2006年是3G走上主要舞台的最后机会。在用户头脑中，手机的概念已经从语音设备发展到了以多媒体为中心的终端设备。手机作为一个多媒体播放设备已是意料之中的，用户期望能依赖该设备播放音乐、数字电视、游戏等相关业务。从客户那里得到的反馈消息给无线运营商们吃了一个"定心丸"，从而促使他们对基础设施进行大量投资来升级网络，以适应从EDGE到W-CDMA的下一代无线通信标准。运营商们也意识到以语音服务为基础的无线市场的竞争日趋激烈，语音电话业务的增长量比较低，尤其是欧洲和北美这些成熟市场，他们必须立即开始提供以数据为中心的多媒体业务，否则利润会变得更低。另一方面，大量的用户需求以及运营商在3G基础设施的重大投资也促使那些主要手机制造商向3G进行重大的战略转移，去争取3G手机市场的领先地位。

手机的多媒体应用需要高速数据传送，这就凸显了快速移动与数据传送速率之间的取舍问题。虽然2G和2.5G标准(如GPRS、EVDO)提出了用手机实现网上冲浪或者铃声下载这些概念，但下载速度太慢，令人难以忍受，从而使应用受限。

近年来随着W-CDMA、CDMA-EVDO Rev.A(不久将来的EVDV)的出现，手机的下载速度与以前相比会有显著的提高。W-CDMA的HSPA(高速链路分组接入)标准支持很好的移动性和1Gb/s数据传输率。手机另一个共同的特性就是包含了Wi-Fi连接，支持无线局域网，但是应用却限制在无线热点范围内。还有一些像移动WiMAX这样的标准以及与之等效的韩国WiBro，将无线热点范围扩大到主要都市的各个区域。所有这些技术都促进了传统的语音通信向基于IP的数据通信过渡。

电源管理面临的挑战：

只能增加新功能，不能增加结构尺寸

新的无线通信标准使下一代手机迅速地发展起来。现在的趋势是：在不增加结构尺寸的情况下，手机要尽其可能具备更多的功能和应用。

事实上，现在风靡的产品如苹果公司的iPOD及摩托罗拉的Razr已经给便携式电子产品注入了更薄、更优美和更流畅光滑的概念。3G手机支持更快的下载速度。具有MP3播放和视频下载功能的手机日渐普及，手机需要具备大容量存储功能，在手机中集成小于1英寸的硬盘驱动器和大容量闪存，能够使存储容量提高到4G。不过最显著的趋势是将出现不久的mini SD卡和micro SD卡用作为可插拔的存储器件。SD卡可以看成"新型软盘"，用于在PC机和手机之间数据的互相交换，也可以用作为数据(比如照片信息)共享的一种方式。说到照片，对大部分用户而言，手机作为数码相机已是最基本的配置了。在日本具有3百万像素相机功能的手机占据广大的市场，韩国已经开始尝试7百万像素的手机相机，这使得手机看起来更像一个相机而不是电话。除了逐步提高分辨率之外，还在手机中置入更高亮度的闪光灯，从而可以用手机相机拍下高质量的相片。　　

实际上，下一代的手机里会设计两个相机。高分辨率的相机用于静止画面拍摄，低分辨率的相机用于抓拍短的视频画面。2005年业界谈论最多的手机应用无疑是数字电视功能，韩国在引进数字电视也务方面走在市场的前沿，2005年已经支持DMB标准。几乎所有的专业手机制造商都意识到了该功能的潜力，正在对此加大投资。今年夏天符合全球DVB-H标准的手机已出现在欧洲手机市场，并显示了世界杯的精彩画面。还有其他功能如Wi-Fi和游戏已经对市场形成了冲击，而一些新的应用比如电子支付也处于成长期。不过要满足以上提及的3G手机的各种应用，必须使用专用处理器。　　

如何延长工作时间

手机用户希望能增加所有新的功能而又不牺牲工作时间和电池寿命。虽然便携式设备的电源管理技术正在不断发展，但每年电源能量密度的改善都只有5%左右，远远不能满足3G手机额外的电源需求。因此重担落在了电源管理的肩上，即在无法依赖电池本身来延长电源工作时间的情况下，需要一种新的解决方案以维持更长的工作时间。使用新型的效率为85-90%的DC-DC降压转换器替代效率仅为40%的线性调节器成为必然趋势。

3G手机中大多数数字处理器，照相机和主要的存储设备都由开关调节器来控制供电，以便能获得最长的工作时间。当然，诸如Wi-Fi和数字电视处理器这样的新应用同样也需要高效的电源管理。开关调节器还会用来调控下一代CDMA和W-CDMA功率放大器的功率电平，这样平均来说也可以节省50%的电量。但是在手机中采用太多的开关调节器也存在问题，由于每路电源需要一个电感器和输出电容器，开关稳压器还占用较大的电路板面积，在材料成本上的开销也相应增加。这些都是下一代手机必须克服的挑战。

图1显示出2007年初3G手机电源管理解决方案的框图。