为蜂窝电话选择最佳的电源管理

　　摘要

　　新一代手机不仅尺寸小巧，而且集成了更多的功能，如PDA功能、收/发电子邮件、信息服务以及在大尺寸、色彩丰富的显示器上浏览互联网信息。有些产品还包含了调频(FM)收音机、MP3播放器、甚至数码相机。

　　即使功能有所增加，消费者仍然期望在不增大尺寸的前提下保持持久的电池寿命。在一个更狭小的匣子里塞入更多功能，同时又要它消耗更少的功率，这给电源管理设计提出了极为苛刻的要求。为了应对挑战，模拟IC制造商坚持不懈地开发着更小巧、更高性能的电源方案。

　　电源管理IC

　　在大多数无线手机的心脏部分跳动着一颗电源管理IC (PMIC)。PMIC承担着大部分供电任务和一些其他单元功能，如接口或音频。一些占市场主导地位的模拟半导体厂商提供PMIC的定制、半定制和/或标准器件，这些器件通常采用针对混合信号和电源产品优化的5V亚微米BiCMOS工艺。手机中任何尚未集成化的其它功能都被试图集成到PMIC内，但通常还是建议采用一些较为适中的方案，如图1所示。基于以下考虑，某些特定单元不应被集成：1) 该单元如果采用其他不同的工艺设计会更省钱或更小；2) 该单元可能会因技术的发展或客户要求的变化在不同的设计版本中发生变化；3) 该单元可能在不同的平台上不通用； 4) 该单元可能会给研发进度带来过分的设计挑战/风险；5) 该单元可能会因性能的原因(例如噪声耦合)不适合被集成。

　　毋庸置疑，集成尽可能多的功能单元到PMIC中目的就是为了节省成本和尺寸，尤其是当这种集成方案被大批量的手机普遍接受时。风险可以通过随着设计的改进逐步提高集成度而得以控制。

　　低压差线性稳压器

　　蜂窝电话内部一般会用到5至12个独立的低压差线性稳压器(LDO)，LDO的数量如此之多并不代表终端内部存在同样多数量的电压规格，而是由于LDO还被当作具有一定电源抑制比(PSRR)的on/off开关来阻止噪声耦合。大多数LDO集成在PMIC内部，但仍有个别分离的LDO被保留下来，主要是考虑到PCB的布局/布线、一些特殊元件(如压控振荡器)对噪声过于敏感、或者用来驱动一些非标单元例如集成数码相机等。多年以来，SOT23封装的150mA LDO是这些离散电源的最佳选择。目前，一些最新面世的IC采用新型封装、新型亚微米处理工艺和先进的设计方案，能够以更小的尺寸提供更高的性能。现在你可以由SOT23获得单个300mA的LDO，SOT23封装的两路150mA LDO，或微型SC70封装的单个120mA LDO，兼有标准版和超低噪声(10?VRMS、85dB PSRR)版器件。此外，更为先进的晶片级封装(UCSP)提供了最大可能的细小尺寸，而QFN封装则允许在3mm x 3mm面积的塑料封装中装入最大的晶片尺寸，同时又提供更高的热传导能力。因此，QFN封装可实现更高电流的LDO和每封装更多数量的LDO。其中可包含三个、四个甚至五个LDO，这就缩小了分离式方案和PMIC之间的差异。

　　用于处理器核的降压型(buck)转换器

　　LDO具有简单、小尺寸等特点，其主要缺陷是效率较低，特别是为低压电路供电时效率问题更加突出。由于在新一代蜂窝电话内部集成了PDA功能或互联网功能，要求处理器的数据处理能力、运算能力更加强大，为了降低功耗处理器的核电压不断降低，从1.8V降到了0.9V。为了降低电池损耗，应采用高效的降压型转换器为处理器核供电。设计中需要考虑的主要因素有：低成本、小尺寸、高效率、低静态(待机)电流和快速瞬态响应。为解决上述问题不仅需要丰富的模拟设计经验，还需要一定的独创能力。就目前来说，只有少数几家领先的模拟半导体制造商能够提供适当的、SOT23封装、具有1MHz以上开关频率、允许选用微型外部电感和电容元件的降压型转换器。

　　为RF功率放大器供电的降压型(buck)转换器

　　在比较成熟的日本蜂窝电话市场，buck转换器还被用于驱动CDMA射频功率放大器(PA)，它会随着终端与基站之间距离的改变动态调节功放的VCC电源电压。考虑了发送概率密度函数后，buck转换器平均可节省40mA到65mA的电池电流。具体节省电流的数量取决于输出电压的级数、PA的特性、以及是在城区还是郊区发送语音或数据。基于日本的成功经验和一家欧洲WCDMA厂商的先期工作，韩国、美国和其他一些欧洲的蜂窝电话厂商现已开始利用这种开关调节器进行测试或设计。要求这种buck转换器具有非常小的尺寸、低成本、低输出纹波和高效率等特点。SOT23转换器再次成为优选方案。为保持尽可能低的压降，通常采用一个分离的低RDS(ON) P沟道MOSFET在高发送功率时直接由电池驱动PA。为了进一步减小总体尺寸，最新的降压转换器(例如MAX8500系列)集成了这个附加的FET。