复杂的移动终端产品系统级电源管理设计方法

　　引言：要想继续保持较长的电池寿命，就必须改善设备的电源管理设计，更加注重如何将多种必要的电源管理功能集成到一项技术中，同时又不牺牲技术性能。基于Smart Mirror专有架构的电源管理子系统IC就实现了一种系统级电源管理方法。

　　电池技术的进步以及业界对具有低工作电压的多电源域的需求正在对便携式电子设备的电源管理系统设计提出一些新的要求。

　　图1：DA9025电源管理芯片。

　　在为手机、便携式媒体播放器等电子设备中增加新功能时，要想继续保持消费者已经习惯的待机时间长度，就必须改善设备的电源管理设计。随着多媒体音频、视频和游戏功能的日益普及，不可避免地导致系统电池消耗增大。用户并不会注意到这些影响，所以制造商有责任延长设备(例如手机)的待机时间，使其与上一代产品相当。

　　在电池的化学特性方面，大多数用户和专业移动应用都选择锂离子或锂聚合物这类基于锂技术的电池，因为这类电池不但容量特性出色，而且能提供3.3V到4.2V的终端电压范围。为了最大程度地延长工作时间，IC电源电压一直呈下降趋势。

　　传统上，设计人员可以在多个不同厂商生产的各种低集成度电源管理部件现货中进行选择，因而产品开发速度很快。但随着系统日益复杂，需要控制的地方越来越多，例如，通过关闭不用的功能以优化电源效率，或者在同一块IC上运行多电源时确保正确而稳定的操作。

　　复杂性提高更使得系统需要具备基本的电压产生和调节功能。可通过给已用的部件增加额外元件来满足这些要求，但这样做难免会增加成本，更重要的是在很多情况下这会增大PCB面积。

　　因此必须更加注重如何将多种必要的电源管理功能集成到一项技术中，同时又不牺牲技术性能。例如，典型的手持设备中包含一块锂电池、主功能控制处理器、存储器、外设(如显示器)、内存扩展(SD或MMC卡等)，以及数据转换或传感器接口等模拟功能。

　　这种系统需具备多个不同的电源域，因为不同功能块有不同的电源要求。处理器通常需要两个电源，低压用于内核以减小功耗，高压用于连接其他设备。模拟功能需要较高的电源电压，以保证足够的工作余量或提供强大的输出驱动，而且由于显示器尺寸和复杂度不断增大，显示驱动也需要更高的电压。

　　除了供电问题之外，设计人员还需要考虑以下问题：

　　系统怎样上电：仅用一个机械开关就足够还是需要电子方法上电，例如传感器电路的输出或报警信号；上电部件如何与控制器接口(典型的例子是兼具电源和其他功能的双功能按键)?

　　当电池电压超出正常范围内时(电压过高和电压过低)会发生什么情况？不同电源如何排序？存在多电压域时需要最先激活电压最高的电源以避免IC死锁。数据保持或休眠功能是否需要不间断电源？如何在不取掉电池的情况下关断系统？

　　解决以上这些问题可利用诸如上电复位(POR)电路、电池监控IC和PLD等标准部件，不过这给系统增加了元件，使成本提高，而且占用更多的PCB面积。

　　从系统级角度考虑有助于在IC中集成更强大的功能。为了实现这种系统级电源管理方法，Dialog Semiconductor设计了一系列电源管理子系统IC。

　　这些IC的种类范围从简单的单一功能器件，例如低压差线性稳压器(LDO)或开关转换器，到具备所有功能的精密复杂的SoC电源管理IC。DA9025就是其中一款，该器件能为锂电池供电的便携式应用提供核心功能。芯片内采用高效电路以便最大程度延长电池寿命，其核心功能(见图1)是一个高效降压变换器和5个低静态电流、低压差线性稳压器，采用Dialog Semiconductor公司的Smart Mirror专有架构。

　　DA9025直接与一个电池组连接，无论是否带有控制器都能工作，而且能提供一种产生和控制多种系统电源的方法，主要针对采用单一锂离子电源的便携式应用。在最简单的系统中采用适当的电池电压或使能信号就能启动器件，激活所有稳压器。

　　DA9025会持续工作，直到用户使用ONKEY管脚关断器件，或者发生错误状况，例如电池电压过低等。也可以将器件连接到一个微控制器，通过专用管脚进行简单控制，或通过I2C总线实现更复杂的控制。

　　DA9025中包含4个低压差稳压器，这是专为系统不同部分提供稳定电压而设计的。这些稳压器已经针对低噪声、高电源抑制或低静态电流等关键的系统参数进行了优化。其中有两个LDO由于具有低噪声以及超过80dB的电源抑制特性，因而可用于为音频或RF电路供电。

　　给稳压器供电的电池部分是分开的，以达到最大程度的隔离。在I2C总线控制下，稳压器的输出电压也是可编程的。第五个集成稳压器用于为实时时钟供电，当电池被连接在器件上时，该稳压器就一直保持激活状态，但其静态电流极低。

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