利用非传统的理念显着提高手机效率

我的一个客户是专门设计和生产手机的企业，这个行业的竞争非常激烈，客户有许多严苛的要求，其一重点是电池寿命；而另一要求是手机尺寸，这两者都必须经过优化，同时手机的成本也必须尽量减小。这种要求使设计人员在设计中务必谨慎仔细，尽量减少组件数目，并避免过多的耗电。

随着各种功能不断增加，手机已俨然成为一个处理器的汇总地，幸好，要找到工作电压为1.8V 的处理器并不困难。我还曾遇到过为带有三个相邻处理器的手机开发电源的挑战，该三个处理器是用于提供诸如GPS、WLAN和蓝牙之类的功能，而每个处理器都得单独供电，以便在其处于空闲状态时可关断模块。这种设计的要求之一是漏电流必须最小，当锂离子电池电压降到2.9V时电源必须关断锂离子电池。另一个要求是尽量减少组件数目和电路板空间；而最后的要求是把成本降到最低。

这个客户采用了一个专门针对GSM手机而设计的芯片组。该芯片组的功率管理单元包含了一个1.8V的降压调节器和一个2.5V的降压调节器。按照这种组合，最显而易见的解决方案是以2.5V降压调节器作为电源，每个负载使用一个单独的低压降 (LDO) 调节器。由于降压调节器管理线性调节器--LDO，因此LDO只需管理负载电压调节即可。现有许多能够满足这种要求的小型调节器，比如飞兆半导体公司的FAN2564。该器件的工作电压为1.8V，电流300mA，而压降只有180mV，完全能够提供足够的裕量(如图1所示)。

图1

FAN2564 采用CSP封装，电路板占位空间非常小，而组件数目也减至最少，能够满足客户的要求。为了保持稳定性，该调节器需要一个4.7uF的输出电容。这种电容的最小尺寸是 2mmX1.2mm，有利于减小电路板空间。尽管整体耗电量已经很低，但还是可以更低的。每一个调节器在线性调节中都会产生功耗，而线性调节的总功耗为315mW，相当于66% 的总效率。即使在关断状态，每个调节器的静态电流也达50uA。这样一来，即使三个负载全都处于待机状态，仍有150uA的漏电流产生，可见确实仍有改进的余地。

图2

由于给负载供电的是降压调节器，因此不必在每个负载上进行电压调节，只需分别关断对每个负载的供电即可。虽然一个简单的开关就足够，不过处理器的电源要求相当严苛。若出现正或负的电压尖峰，处理器可能发生闩锁现象。为了避免这种情况，可在电压源上使用一个电容来消除电压尖峰。如果采用简单的开关来降低处理器的功耗，在处理器上电时便需要考虑到这个电容。在刚开始上电时，该电容的表现是短路，耗电量很大。这种瞬间短路现象会降低电源电压，造成一大问题，因为电源电压降低会造成线路上其它处理器的复位。解决办法是采用一个智能型负载开关 (如飞兆半导体的FPF1004) 来控制电流增加的压摆率。FPF1004器件能够管理负载的增加，确保电源线路电压保持在调节范围内。

使用开关的好处在于提高效率，1.8V降压调节器的效率为86%。FPF1004的功耗主要是由开关的串联电阻产生的。在规格电流下，总功耗只有3.6mW，亦即0.4% 的损耗，相当于约 85% 的电源总效率，相比其它电源，效率提高了29%。

把功耗降至最低需要打破传统的思维方式。以上述挑战为例，我们采用非传统的方法，开发出一个可满足所有要求的电源。相比使用低压降调节器，采用某些智能型负载开关可以尽量降低成本和所需的电路板面积。这样一来，就可以采用1.8V而非2.5V的降压调节器，从而提高电源效率，延长29% 的电池寿命。结果，这个客户将因此在电池寿命、成本和尺寸方面拥有很强的竞争力。