优化移动多媒体传输链的功耗

 消费者对于移动多媒体的需求是毫无疑问的，满足这些需求的技术已经开发成功，对于设计人员而言，剩下的问题就是如何利用这些技术，并将成功的产品带入市场。本文将讨论如何减省移动多媒体设备内关键元件的功耗，此外也会对现今移动多媒体设备设计人员所面对的工程挑战作出概括的分析，并就目前及新涌现的硅技术，提出可克服这些工程挑战的解决方案。

移动设备的功率管理

　　在网络的移动部分存在一个特别的功率消耗，因为这些移动设备一般由电池供电。大的电池增加了移动设备的尺寸和重量，但小电池却缩短了每次充电后的使用时间，无论哪种情况都不利于用户使用。此外，电池电源还存在着一些隐藏成本，这便是充电和蓄电的效率并不理想。所有的充电电池都会自放电，情况最为严重的要数NiCd电池和NiMH电池，在充电完成后的首个24小时之内，这两种电池即会损失自身电量的10％。所幸，采用新的电池控制技术，不仅可以使电池输出更多的能量，而且也可提高效率。

　　在大部分无线设备中，发送器的功率放大器是主要的耗电元件。提升功率效率的一种趋势是将蜂窝通信基础设施转移到新技术上，其中包括射频远端模块。该方法是将移动设备与基站无线电收发机的距离拉近，从而降低发送器的功率。在基站高密度覆盖的城区或郊区，移动设备通常会要求基站提供一个功率水平，而这个水平远在发送器所能提供的最高功率水平以下。这样，移动设备便可以通过降低RF功率放大器的电源电压来优化发送器的功率。

可优化电池电源的新策略

　　当我们寻找节省功率的机会时，我们必须首先从电源管理芯片本身开始。电源管理的新策略对这种新趋势极其有利，其中包括：

PowerWise 自适应电压调节

　　图1所示为一个使用在移动电话和其他便携设备中的PowerWise接口（PWI）兼容能量管理单元（EMU）。其中，两个高效并具有自适应电压调节（AVS）功能的开关式DC/DC降压转换器为CPU和DSP核心提供了大电流电源轨，而五个低降压（LDO）线性稳压器则为存储器和外围设等设备提供辅助功率输出。

图1 具有自适应电压调节功能的多输出调节器

　　AVS技术是通过从一个或多个硬件性能监测器（HPM）的反馈来实现的。由于每个HPM都集成在与负载一起的芯片上（一般是高功率的CPU芯片或DSP核心），因此，它们是在相同的硅工艺变化下进行制造，并具有相同的设备工作温度变化。这样就可以将电源电压调整到尽量接近设备实际可承受限值的程度。

　　一个先进的电源控制器（APC）利用来自各个HPM的输入，以确定是否需要对其电源电压进行优化。APC通过双线PowerWise接口向电源内的一个从动控制器发出电压调节指令。电压经调整后，硅片的性能将持续受到各个HPM的监视，如果出现进一步优化的需要，则APC会发出一个新的电压调整指令。电源必须在收到APC发出的指令后及时地调整其电压，这样AVS控制系统的反馈环路才能保持稳定。

　　在最高频率下的负载电源电压规格可保证系统能在最高工作温度和最差的硅性能下正常运行。可是，实际工作温度一般低于最大工作温度，而实际硅片的处理能力也往往会优于最不利情况。因此，在实际工作条件下，就存在于最高频率下把电压降低的空间，AVS技术即可以利用这一空间达到近乎完美的工作功率。

　　LDO的辅助输出同样也可以通过PWI进行编程，尽管它们没有参与到AVS反馈环路中。它们的输出电压可以独立地被编程，也可以独立地被开启或关闭。两个LDO的已调节输出有一个可选择的数据保持电压，在这种模式下，于休眠模式期间（一种节能模式）的功率可降到指定的最低电压，仅足够用于保存易失存储器中的内容，与此同时，CPU芯片或DSP核心的电压将降到零。由于避免了启动过程和无需再从只读存储器或闪速存储器中重新加载丢失的数据，因此可让核心快速从休眠模式下苏醒。

升降压和多模式电压调节器

　　升降压转换器可在一个宽阔的输入电压范围内提供稳定的输出。升降压转换器利用两个N通道MOSFET和两个P通道MOSFET来实现在降压转换器模式（当VIN > VOUT时）与升压转换器模式（当VIN < VOUT时）之间的无缝切换（输出没有出现减弱）。这样，与标准的转换器相比，升降压转换器可在更低的电压下工作，从而可以从电池中提取更多的电能及加强效率。

　　如图2所示，通过在中高强度电流（>100 mA）的脉宽调制（PWM）和低强度电流的脉频调制（PFM）之间的切换，多模式转换器可以为那些大部分时间处于停机模式的次级系统带来更高的效率。通过减少切换循环的次数，还减少了在低负载情况下的切换损耗。

图2 结合式升降压/多模式调节器工作区域