新一代ASSP优化手持设备中的电源管理

依据内部系统架构来说，所有的手持设备都有一定的共性。首先，它们都是由电池供电的，通常都是利用某种锂离子电池(Li-Ion)作为主电源，而利用另一个输入电源作为备份或者为了充电。其次，它们都内置了一定的存储设备，通常包括某种ROM、RAM或NAND闪存，而在许多时候还有一个硬盘(HDD)或SDIO卡。根据技术调查机构IDC的最新研究，去年全世界共生产了1610亿GB的数字信息。这相当于需要用20亿台iPod来存储这些信息。

　　但是，上面没有提及的另一类产品，就是将上述产品功能中的两种甚至三种组合到一起的产品，如便携式媒体播放器(PMP)或数字媒体广播(DMB)产品。这些产品也利用锂离子电池作为主电源，并具有很大的存储容量。它们正在成为消费电子领域中的重要播放设备。

　　PMP或DMB产品的一个关键优点是他们都能播放MP3和MP4格式。因此，利用一台设备就可以欣赏来自DVD-CD或者从网站上下载的音乐和电影。典型地，设备的存储媒质可以存储超过150小时的视频或者1200小时的音乐。但是，和其他任何依赖电池供电的手持设备相类似，这些PMP设备的制造商面临前所未有的压力，他们必须将诸多的功能集成到体积和外形受限的结构里，同时还要提供更长的工作时间。

　　由于绝大多数PMP都具备视频播放和MP3播放的功能，内部电路要求多个功率电平不等的低电压轨。其原因是很清楚的，因为大多数数字大规模集成电路的工作电压为1.5V或更低。同时，存储器和I/O所需电压为2.5～3.3V。于是，采用多负载点(POL)DC/DC变换器对来自锂离子电池的电压进行直接变换是不现实的，系统设计师必须采用更多的集成方案。

　　绝大多数电池供电的手持设备都利用一块定制集成电路(ASIC)来处理电池充电、功率通道控制、提供多路电源电压，以及保护功能(例如实际的输出开路和精密的usb电流限制)等。采用这种方案的目的很明确，就是可以用一枚器件来满足所有的电源管理方面的需求。不过，这种方案也存在一些缺点。首先，ASIC是采用特定的晶圆制造工艺来制造的，要实现每个功能的最佳性能非常困难。其次，对于短动态设计周期的设计变得更为重要的是ASIC的定义和研发所导致的交货周期过长。一般来说，一块电源管理ASIC从概念到交货需要的时间在一年半以上。而在此周期内，一种特定的产品设计可能已经更改了三次或更多。

　　用于电源管理的应用定制标准产品

　　绝大多数的电池供电的手持设备通常可以用一个AC适配器，一个通用串行总线(USB)，或者一块锂/聚合物电池来供电，但是，如何实现这些电源间的电源通道控制是一个很大的技术挑战。直到最近，设计师还在试图利用分离的方式，即用一组MOSFET以及运算放大器等来实现这一功能，但他们面临着很大的问题，如热插拔和很大的瞬间电流等，这些都会引起很大的系统问题。

　　在各类电池供电的手持设备中的功能和性能方面存在一定的共性，这些产品中可以使用应用定制标准产品(ASSP)，且没有在单晶圆制造工艺中出现的与IC制造相关的性能折衷。Linear公司最近开发出了新一代的这类产品-LTC3555，该产品代表着这类应用中的性能和功能上的一个新水平。

　　LTC3555无缝地管理交流适配器，USB和锂离子电池之间的功率流，符合USB标准，所有部分均封装在一个4×5mm QFN内。似乎这还不足够，它还带有一个全功能的锂离子/聚合物电池充电器，能够提供高达1.2A的充电电流，再加上三个用来产生绝大多数USB外设所需的低电压轨的高效率同步降压转换器。此外，LTC3555还提供一个恒定的25mA的低压差线性调节器来为实时时钟(RTC)和低功率逻辑电路供电。整个器件可以通过一个简单的I2C接口或简单的I/O口来控制。


　　图1：LTC3555的简化方框图和原理图。

LTC3555的应用电路图如图1所示，图中显示了多功能的实现原理。DC/DC变换是一个相对简单的降压变换。LTC3555的三个片上降压变换器都工作在电流模式控制，效率高达95%，具有I2C或芯选触发突发模式或自动的触发突发模式。DC/DC变换器的开关频率为2.25MHz，允许使用很小的外部电容和电感。这些降压变换器的连续输出电流分别为1A，400mA和400mA，输出电压在0.8-3.6V之间可编程。

　　LTC3555的功率提供方法与现有的电池和电源管理IC不同，实际上是电荷馈送(charger-fed)系统。在一般的电源管理IC中，外部电源并不直接为负载供电。而是由AC适配器或usb口为电池充电，然后再为负载供电。在电池被过度放电或根本就没有任何电量的情况下，为负载供电会有一个延迟。这是因为电能无法直接从电池取走，直到电池获得了所需的最少量的电荷后方可。使用LTC3555后，就可以消除该延迟，只要墙体适配器或USB一插上就可以立即为手持设备供电。此外，芯片可以取走负载未用的功率，并用它为电池充电。

　　这两个优点(即省去了充电延迟以及同时充电和为负载供电)延长了有效的工作时间，并且在连接到USB时加速充电。这种电源管理技术的另一个优点是提高了使用效率，只要有AC或USB电源即可。这种情况下，可以省去不需要的变换级(用于电池充电)。