知名厂商详解如何实现智能手机的电源设计

未能跟上功能变化脚步，如何在有限容量下，提高手机的使用时间，良好的电源管理与提升工艺技术，都是减少手机功耗的有效作法。传统只用来应付通讯功能的手机，已无法满足消费者的应用需求，MP3功能手机成为必要配备，而多种多媒体功能设计，都成为3G手机时代下，业者标榜功能诉求。 具照相摄影功能的手机，需要有复杂的相机引擎与高亮度闪光灯；而随着无线通讯频宽增加，应用高速处理器，可提供执行Bluetooth无线传输、卫星定位、手机上网、数字电视、语音讯号编/译码…等音视讯处理能力。

　　然功能要求愈来愈多的结果，手机电池的负荷势必更为沉重，手机内部用电设计，也变得更为繁复，因此需要更适合的省电技术，以因应手机中各种功能需求。显然，如何将大量的功能整合在1个小空间内，整合恰当的高性能模拟与数字组件是最根本的作法。

　　再者，现阶段在无法提升手机电池容量情况下，有效压低数字讯号处理器的功耗变得更为重要，除透过进步的工艺技术降低数字讯号处理器驱动电压外，良好的电源管理，成为节省手机功耗的不二法则，才能设计出符合消费者对手机长时间使用的需求。

　　图 多媒体手机，除通讯功能外，各种影音、视讯、无线传输能力，已成为手机配备功能，但也同时增加电池功耗，因此需要更多电源管理技术，增加手机使用时间

　　显示屏幕及射频区块 耗电居前两名

　　一般手机使用时，约有超过90%的时间处于待机状态，但屏幕上仍然要显示日期、时间、电池电量、收讯状态，而此时待机模式的耗电，需要整个屏幕来支持显示，因此显示器部分成为手机耗电一大问题。

　　目前手机上大多是使用TFT LCD作为显示器，LCD属于被动显示，需有背光源才能发挥显示效果。背光源设计，除开关On/Off外，还须有调节驱动电流来改变LED的亮度，调整亮度的方法可借控制正向电流，来减少显示器功耗，主要方法有2种，1种是利用固定电流来驱动LED，固定电流可消除正向电压变化导致的电流变化，可以固定 LED亮度；另外1种方法是利用1个电压电源和1个整流电阻器，来确定产生预期正向电流所需要向LED提供的电压。

　　除了屏幕是电源功耗一大杀手外，另外1个功耗来源，就是射频区块部分。当中以射频零组件中的功率放大器消耗功率为最大，强调更好输出效率的放大器电路已愈来愈受重视，同时其功耗也逐渐获得大幅改善。

　　新一代的移动电话开始采用更低的电池电压同时，射频功率放大器就必须改变设计方向，目前HBT射频功率放大器技术，必须适用于3.0伏特以上电压，而用于低电压直流电源上取得高线性射频功率输出，就必须仰赖E-pHEMT技术，如此能为手机制造商提供更好的功率加效率（PAE）、低压操作和高可靠性…等独特优势相对于HBT，E-pHEMT技术，具备高电压下较佳效率，在低偏压下更具吸引力。由于E-pHEMT组件，可在低于2伏特的低偏压条件下，维持良好的线性与增益表现，可以避免付出降/升压转换器的成本与功率耗损，也能在不加入不必要组件的条件下，提高电池效率并延长手机通话时间。

　　图 美国国家半导体0.4mm厚的超薄集成电路封装技术，适用于更轻薄短小的移动电话、显示器、MP3播放器、PDA及其它可携式电子产品。

　　压差线性稳压器LDO减少音频功耗

　　手机各种音讯功能，如MP3播放、多和弦铃声和FM广播…等功能，都会增加手机功耗。因此如何让音讯电路最佳化达到低功耗设计，成为延长电池时间的重要问题。

　　而改善音讯耗电能方法，手机音讯组件多要求具备较好的噪声抑制、低工作电压、高功效性能。目前一般最常见采用压差线性稳压器（Low Dropout regulator；LDO）来抑制噪声（PSRR）。线性调压是最常见且最易应用的电压调整方式，其优点是封装体积小、外部组件少，利于电路面积有限的手持装置设计。

　　LDO是电路板设计上常见的直流转换组件，LDO都是高电压转低电压工，作原理是类似像分压原理，其脚位少、可以过滤电源噪声。但LDO虽然是低转换电压，功耗相当低，但仍有部分电力耗损，如果音频放大器能够提高到超过60dB，就不需要应用上LDO，可以降低音频电路功耗。

　　图 奥地利微电子推出200mA微型超低压降稳压器AS1369，仅占1mm2 PCB空间，适合移动电话与PDA…等空间有限装置。AS1369 LDO可实现性能提升，延长电池寿命。

　　DC/DC电源转换器产品 可减少LDO需求

在电源管理IC选择中，终端市场对产品尺寸及电源转换效率要求日益严苛，因此属于低成本但效率较差的LDO线性稳压器，渐受到电源转换效率较好，但设计和成本门坎较高的交换式稳压器（Switching Re