3G手机的电源管理划分

第三代 (3G) 手机可提供带有更多功能的广泛特性。当消费者从其通信设备上获得最新及更好的功能时，他们还继续要求从一块电池上获得更长的工作时间及更小的外形系数。尽管IC集成可帮助解决设备尺寸问题，但同时也会增加设计复杂性及限制设计灵活性。今天的移动电话设计者必须考虑各种因素，以通过有效优化电池功率使用来延长电池工作时间。因此，必须组合使用多种高集成电源管理单元及高性能分立元件来解决电池管理、功率保存及系统管理等问题。  

两难选择：功能与电池功率

在设计一种高级无线设备时，工程师面临一个基本的两难选择。他们需要将大量功能集成到一个通常由电池与显示屏尺寸、以及用户接口复杂性与设计工效学所决定的给定外形系数中。此外，电池的可用能量由决定其能量密度与物理尺寸的化学特征决定。这些不断变化的参数通常会迫使设计人员更有效地利用电池功率管理技术来满足消费者所期望的设备待机与工作时间。  

今天的3G多功能手机支持好几个空中接口，并能提供诸如GSM及WCDMA等多波段modem连接。亦可通过蓝牙、无线LAN、红外及USB接口来进行其它连接。数码相机已成为许多手机的标准配置，它需要有成熟的相机引擎及高发光度闪光灯来拍摄高质量照片。以更高的数据传输速度，还可实现视频电话功能。此外，高速应用处理器还能提供音/视频处理能力来执行数字电视 ( DTV) 信号与MPEG音频编解码。更新款的手机还计划增加调频收音机和数字电视调谐器来提高手机的娱乐价值。更高的数据吞吐量最终要求有高密度的存储能力，这可通过存储器扩展槽或（甚至）微型硬盘驱动器来实现。不难想象，这些无线手机还兼具有手持式游戏设备的功能。  

作为能量来源的电池在系统中占据中心位置。今天，几乎百分之百的3G手机都采用锂离子电池，因为它是一种可提供最高能量密度的可充电化学电池。从尺寸角度看，大多数电池都具有大约50 x 40 x 5 mm的尺寸，并能提供900 - 1200 mAh的容量。尽管燃料电池技术允诺将来能提供比锂离子电池更高的能量密度，但由于技术与规章管制问题，其广泛使用估计还需数年的时间。此外，预计锂离子电池技术的逐步改进也会使其容量增加30%。因此，系统工程师目前基本上还会继续使用可提供大约1500 -1800 mAh的锂离子电池。  

这种两难选择最终会迫使数字与模拟半导体技术转向下一个低功率节点，并推动超高效电池使用技术的发展。  

集成与布局问题

显然，随着将所有功能都整合到一个尺寸相对较小的外壳中，需要对一组高性能模拟与数字器件进行集成。为突出复杂性，图1给出了3G手机的主要系统架构。  



图1：3G手机的系统组成框图

图字（上下、左右）：电源管理、处理单元、PA与WCDMA收发器、PA与GSM收发器、调频接收器、蓝牙处理器、高PSRR LDO、相机传感器、相机闪光灯、相机引擎、升压DC/DC、3MHz降压DC/DC、振动器－麦克风－耳机－耳承－SIM卡、模拟基带处理器、基带电源/音频编解码器与驱动器、数字基带处理器、应用处理器、存储器、音频综合器、高PSRR LDO、键盘、显示屏1、显示屏1、3MHz降压DC/DC、白LED驱动器、白LED驱动器、电池容量计、锂离子电池。  

但问题是：“哪些器件需要集成，又如何来解决手机外形系数对器件安放位置的影响这一问题？”答案就是集成用于基带处理器、音频子系统及接口器件的标准电源，因为不同手机平台均采用类似的子系统与器件，而手机电源也采用同样的基本芯片组。但也存在如下两个内在的主要问题。首先，工业设计考虑允许根据所需功能及人机工程学来以各种不同方式设计手机。今天，电设计需要考虑能否将手机设计成块糖、蚌壳或滑动形状，且全都采用不同的显示屏、键盘与扬声器配置。这些设计差别对手机显示屏、相机模块及其他子系统的安放位置都有很大的影响，且在某种程度上会限制这些器件的集成。在某些情况下，电源或音频功能的"一体化"集成可能意味着更长的走线、复杂的印制板布局、或由噪声带来的电设计挑战。其次，人们还不应忘记手机厂商所要求的对手机型号系列的经济高效管理。为以不同手机型号来满足市场需求，手机制造商必须以不同成本来提供各种特性与性能水平。为在竞争激烈的市场中获得最高利润，这些型号的成本必须随功能而改变，而这反过来又会限制将每一种功能都集成到一片大型IC上。如果特性不是给定型号系列所需要的，则应将某些特定功能及其电源从板上卸下以减少成本。此外，采用相同基本芯片组的手机厂商还需要使其产品有别于其他竞争对手的产品，这反过来又推动对各种不同特性的再集成。一种典型的产品差异化例子可能包括（但不限于）更亮的相机闪光灯、功能更强的喷灯模式、D类立体声音频性能、特殊显示屏与键盘背光效果、MP3音频播放功能、调频广播接收与精确电池容量计量等。