PDA电源系统的设计挑战及解决方案

　　如今，由电池供电的PDA将遇到来自电源管理方面的严峻挑战，因为各种能量饥渴型功能正不断被添加到PDA上，而其电池工作时间仍需要保持在一个合理的水平上，并且电池体积和重量还要保持不断变轻变小的趋势。这就要求高效的能量转换、电池充/放电周期的精确控制、以及尽可能多地采用省电运行模式。但即使采取了这些措施，PDA制造商仍在研制更高容量的电池，以满足负载不断增长的要求。能量密度是电池选用考量的首要因素。锂离子电池的能量密度由于比其最接近的竞争对手还高1倍，因此它实际上已经成为所有PDA当仁不让的选择。

三个关键领域的电源管理技术探讨

　　电源管理(PM)模块负责整个PDA系统的电源供给和管理。图1勾勒出了PM模块的框架，PM模块由电池管理、电压管理和负载管理三个子模块组成。

电池管理子模块

　　电池管理子模块负责电池的充电、保护和检测，它的主要作用是优化电池利用和延长系统运行时间。其电路结构视所选的电池化学成分、容量和充/放电周期数而定。一旦确定了这些因素，电源架构设计师就可以选择充电器拓朴结构(线性、PWM或脉冲模式)和电池保护方案。当输入从AC电源适配器切换到电流有限制的USB总线电压时，一个最近的考虑包括将嵌入式IC充电器重新配置到一个更低的充电速率(C-Rate)。

　　电能测量最初只是一项电池管理功能，但随着用户越来越关心电池使用状况，它也正在变成负载管理的一个组成部分。准确的电能测量需要对随时间而变的电池充/放电电流进行精准的测量，目前广泛使用的基于电池放电曲线的电压测量技术尽管成本很低，但已被证明不能准确反应电池使用状况。也正因为这样，像Intersil ISL6295这样复杂的"电量计量"IC正在获得越来越多的应用。

电压管理子模块

　　电压管理子模块主要执行分配和调节功能，它负责对未稳压的电池电压(锂离子电池是3-4.2V)进行高效的调节以满足苛刻的负载要求。随着工作电压低于2V的处理器的出现，线性稳压器已经不再适合用于处理器内核电压的稳压。

　　代之而起的是像Intersil的EL7536和 ISL6271这样的全集成开关稳压器，它们在很宽的动态负载范围内都能有很高的转换效率，从而可以用来对系统和内核处理器电压进行稳压。线性稳压器现已主要用于LDO(低压降)转换，并仅用来为存储器、音频和时钟系统中的噪声敏感电路提供电源。

负载管理子模块

　　系统负载最少消耗掉电池容量的90%(剩余的10%消耗于能量转换环节)，这一部分是延长电池工作寿命和帮助实现先进PDA性能的关键。CPU必须根据时钟电路、Hi-Fi音频功放、RF天线驱动器、存储器、扩展卡槽、处理器内核和显示背光的活跃度和系统运行模式，恰到好处地依次对这些电路进行开关。这种负载管理方式(通常称为"负载剥离")不仅延长了电池工作时间，而且还能确保电池不至陷入深度放电状态。

电能计量

　　了解电池能量消耗情况的方法之一是对其进行计量，而这正是电能计量IC(如Intersil的ISL6295)的主要功能。通过将一只很小的感应电阻与电池串接，ISL6295能够通过累计某一时间段的电池电流流量(毫安-小时)准确地算出消耗或补充的电能。ISL6295通过I2C串行总线记录电压、残余电量、电流和温度，它可用来监测单一的负载功耗，并帮助实现包括负载剥离和电池保护这样的先进电源管理功能。

背光电路是耗能大负载

　　虽然LCD背光提升了显示的可读性，但它也消耗了大量的电池能量。常用的3种LCD显示背光技术是：EL(电致发光)、LED(发光二极管)和CCFL(冷阴极荧光灯)。EL和 CCFL背光需要一个高电压DC/AC逆变器，而LED背光需要一个容性或感性升压转换器来驱动一组并行或串行白色LED。考虑一个典型的4个LED串联的背光配置，每个LED有4V的前向压降和20mA的前向电流，那么升压转换器的最小输出功率将为=320mW。如果升压转换器的效率为85%，则该显示背光对电池来说，就相当于一个380mW的负载！

　　用PDA进行无线通信实际上也非常费电。例如，一个常见的手掌大小的带嵌入式WAN无线电模块的PDA需要0.1W来维持数据通信的"常开"待命状态，而在数据通信时一般需要0.25W。这与最先进的PDA处理器处理活动视频时所需的能量(不包括背光功耗)正好一致。除了嵌入式WAN无线通信，局域网卡也广泛用于无线802.11b连接。在典型的PDA使用模式下，你将会发现，对一个平均峰值功率为1W的无线电模块来说，接收和发射模式所占时间分别只占总使用时间的2-3%和1-2%。在其它时间，无线电模块将一直处在空闲状态，不过也要从3.3V系统稳压器中消耗不大不小的20mA电流。

调控电压和频率以增加使用时间

需要大量运算的应用(如多任务