智能电话电源管理系统的重要设计技术

输入和一个输出电容。电荷泵除了输入和输出电容外，还需要附加一个或两个"飞线"电容。开关电容则需要一个电感，其大小与封装尺寸有关。

在2G电话中，数字器件(如DSP和ADC)或模拟器件(如功率管理系统)的集成化程度很低。设计电源管理系统时，系统的设计者一般优先考虑成本和尺寸，然后才是效率。由于线性稳压器只能降低其输入电压，故电池在其电压跌落到3.3V以后就不能工作了。过去，一般选用低到中等电流的线性稳压器来将电池的电压变换为2.8V~3.0V范围内的电源轨。

在3.xG电话芯片组中，基带处理器如今包括一个DSP、一个微处理器/控制器、控制RF的ADC和DAC，以及音频信号处理电路。处理器的核心电压降到了1.2V，甚至更低，而I/O和外设的电压则降到了2.5V~3.0V的范围之内。由于3.x G电话电源轨的电流要求一般高于2G电话，故3.xG 设计者需要效率超出线性稳压器的DC/DC转换器，以保证更长的电池寿命。

为了进一步延长电池的寿命，很多设计者需要让锂离子电池电压降到2.7V最终电压。在这种实现方案中，一个3.3V的轨电压的产生是一大挑战。如果设计者将电池的可用范围扩展到2.7V，而采用正向降压－升压或者SEPIC变换器来提供所需的3.3V电压轨，那么，似乎很有可能会大大延长电池的工作时间。但对一个600mAh电池的分析(见表1)却表明，这并不成立。利用SEPIC型变换器来充分挖掘电池的容量，而不是在3.3V处停止电池的使用并采用效率更高的升压变换器，那么，即使能延长一点电池的使用时间，延长的量也很短。

此外，考虑到双电感SEPIC变换器的成本将会更高，采用高效率的开关式降压变换器提供3.3V的电压轨，也是一种有效的、可能更有吸引力的选择。因此，下面给出的分立的解决方案将采用降压变换器来提供3.3V电压轨，而集成化的解决方案将采用SEPIC 变换器来提供3.3V电压。

系统概况

智能电话中的不同部件有着不同的电源要求。图2示出了蜂窝电话中主要组成部分的电源需求。例如，RF部分的VCO和PLL需要噪声极低的电源电压和很高的电源抑制能力，以确保最好的发射和接收性能。所以，虽然效率很低，线性稳压器仍是其电源的最佳选择，因为它没有输出纹波。

让DC/DC变换器的开关频率及其2次和3次谐波处于IF频带之外也很重要。由于DSP/CPU核心电压已经降低到了1V，高效率的基于电感的开关型降压电源就变得有意义了。用于屏幕背光照明的LED可以通过一个电荷泵或者基于电感的降压/升压变换器来供电。

动态电压调节

图1表明，在功耗中所占比例最大的部分是RF(主要是发射机部分的PA，即功率放大器)和基带部分的处理器。PA消耗的功率与电话和基站间的距离有关，所占总功率的比例可以从通话时的75％变化到待机模式时的30%。较早的采用非线性PA的GSM电话的发射机，其典型的效率约为50％。而较新的标准，如WCDMA，则同时需要幅值和相位调制，此时，只有效率为25%~35%的线性PA才能提供如此的功能。此外，通常的CDMA2000 1x电话的基带处理器负载的要求在60~120mA范围内。因此，设法保证PA和处理器的电源效率，就显得极为关键。

与在大规模集成电路中所用的技术相似，动态/自适应电压调节(DVS/AVS)可以将处理器与稳压器连接成一个闭合回路系统，它可以将数字电源的电压调整到正常工作所需的最低水平。PA是按照在最大发射功率下保证最高的效率来优化的。由于大多数手机是在距离基站较近的位置处工作的，故手机的无线RF部分将发射功率降低到维持通话品质所需的最低功率水平上。功率水平较低时，PA的效率变差。

通过采用动态电压调节和调整功率放大器的电压，可以将效率提高10%~20%。

图2 功率放大器的效率

由于数字处理器消耗的功率与电压的平方成正比，故动态电压调节技术也可以应用于CPU。在处于待机或者某些其他功能减弱的模式时，CPU可以在更低的频率下工作，于是电压可以降低到相应较低的功耗水平上，从而实现更高的效率和更长的电池寿命。举例来说，考虑一个由TPS62200降压变换器驱动的、电源为3.6V/1Ahr的锂离子电池的OMAP1510芯片，其特性如下：

深度休眠 (TPS62200 in PFM)
无DVS时: Vout=1.5V???mA
效率= 93% 深度休眠 (TPS62200 in PFM)
带DVS时，Vout=1.1V?mA
效率=93%
苏醒状态(TPS62200 in PWM): Vout=1.5V賓mA
效率=96%

假如使用的模式是5％的"苏醒"和95％的"深度休眠"，输出功率与时间的关系表明，深度休眠状态下DVS的采用，使电池的寿命延长了9小时。

分立的解决方案

图4示出一种基于分立IC、电池电压限为