手機(jī)平臺可以分成調(diào)制解調(diào)器或手機(jī)的核心功能、多媒體處理器功能和周邊器件三部分。所有這些部分的電源管理需求各不相同，設(shè)計工程師需要理解不同部分的應(yīng)用需求來選擇最優(yōu)化的電源管理方案，本文分別就這三個功能部分提供了詳盡的設(shè)計思路。
手機(jī)平臺可以分成三個基本區(qū)域: 調(diào)制解調(diào)器或手機(jī)的核心功能、多媒體處理器功能和周邊器件，如圖所示。
調(diào)制解調(diào)器是由一個DSP、微控制器、混合信號電路、射頻與電源管理電路組成，另外還有相應(yīng)的DSP軟件和軟件堆棧。多媒體處理器通常與調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核的數(shù)字功能隔離開來，用于處理與語音呼叫無關(guān)的數(shù)字化功能。周邊器件是不同型號產(chǎn)品之間的差異所在，供應(yīng)商用它來實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。包括攝像頭、藍(lán)牙、內(nèi)存卡接口、多個液晶顯示屏、立體聲揚聲器，以及未來更先進(jìn)的技術(shù)，像錄像功能、指紋識別等。所有這些部分的電源管理需求都各不相同，并具有自己的特點。它們都需要設(shè)計工程師徹底理解應(yīng)用需求，如響應(yīng)速度、電流要求、噪聲、對干擾的敏感度，以及外形尺寸和散熱、封裝要求等。
調(diào)制解調(diào)器的電源需求
調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核的電源管理單元可以是一個集成電路、若干分立器件，或者是集成電路加分立器件。調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核的某些關(guān)鍵需求是固定不變的，并對小外形尺寸下的性能進(jìn)行了優(yōu)化。由于電源管理設(shè)計與數(shù)字、模擬和射頻電路相關(guān)，所以必須根據(jù)特定的目標(biāo)電路進(jìn)行設(shè)計，考慮許多的電路特性，如電源抑制比(PSRR)、噪聲、瞬態(tài)性能、上電時間、過沖、靜態(tài)電流等。用混合信號工藝開發(fā)出的電路能夠具備許多優(yōu)勢，如小外形尺寸和最優(yōu)性能，但仍在靈活性、移動性和風(fēng)險性等諸方面有所折衷。這種高度集成的辦法是任何解決方案中必不可少的重要組成部分，但這些器件難于快速重制(re-spin)，因為它們與系統(tǒng)的聯(lián)系非常密切。此外，由于它們在設(shè)計中要采用小線寬工藝和多層掩膜，所以高掩膜成本會削弱它的競爭優(yōu)勢。
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圖：手機(jī)功能的分區(qū)。 |
在選擇電源管理架構(gòu)時，最重要的是低成本，另外還有產(chǎn)品面市時間。這一點很難準(zhǔn)確判斷，但卻是非常實際的問題，不應(yīng)忽視。
多媒體電源需求
多媒體處理器對電源管理單元(PMU)的需求與調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核有很大的不同。調(diào)制解調(diào)器PMU必須考慮 DSP、微控制器、混合信號、射頻、內(nèi)存等多個部分。而多媒體處理器的電源管理需求就簡單地多。在方案實現(xiàn)時，通常只需關(guān)心核心電壓、I/O接口和連接的內(nèi)存。
這種分區(qū)法意味著可以開發(fā)出更小的PMU，這又是一種混合分立元件的集成化解決方案。由于不同檔次的手機(jī)需要不同的多媒體處理器，其電源需求也不像調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核那樣固定不變。再用一片集成PMU的方案顯然缺乏吸引力，對某些系統(tǒng)來說，采用較多分立元件可以提供較好的靈活性，并能使產(chǎn)品提前推向市場，所以是更適用的方案。由于多媒體處理器幾乎是全數(shù)字化的，因此電源管理器件可以只針對數(shù)字電路的特性進(jìn)行優(yōu)化，如上電時間、線路與負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)性能等。當(dāng)多媒體電路長時間不工作時，等待電流或睡眠電流指標(biāo)就很重要，要盡可能低，但又不能影響到大負(fù)載條件時的重新起動。處理器會在短時間內(nèi)大量載入軟件，因此，解決方案設(shè)計時要考慮峰值電流。
由于數(shù)字內(nèi)核的電壓經(jīng)常低于標(biāo)準(zhǔn)鋰電池的輸出電壓，較高的壓差限制了線性穩(wěn)壓器的應(yīng)用，于是轉(zhuǎn)而采用其它的技術(shù)，如電感穩(wěn)壓器或電容穩(wěn)壓器。但是，由于電路中有大的開關(guān)電流和開關(guān)電壓，這意味著在電路板布線和元件選擇時要考慮EMI和輻射問題，于是增加了復(fù)雜性。
周邊電路的電源需求
外部器件在手機(jī)中的使用是制造商實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的手段。一般來說，這是手機(jī)設(shè)計中最靈活和變化最快的部分，所以大多數(shù)設(shè)計工程師都不得不尋找一種能最快實現(xiàn)的電源管理方案。最簡單的辦法就是采用線性穩(wěn)壓器。此時較小的電壓降可提供較高的效率、小型尺寸、低成本和低噪聲。但在今天，即使在電壓降較高的情況下仍然會采用線性穩(wěn)壓器設(shè)計，為后端的穩(wěn)壓級提供較低的輸入電壓。周邊器件部分的線性穩(wěn)壓器要設(shè)計成具有極低的待機(jī)靜態(tài)電流，甚至對于電池壽命的影響可以忽略不計。因為周邊器件應(yīng)用的特點是經(jīng)常處于長時間的待機(jī)狀態(tài)，直至被手機(jī)用戶激活。然而，低靜態(tài)電流也意味著響應(yīng)較慢，在某些應(yīng)用中這種較慢的響應(yīng)是可以接受的，因為用戶不會注意到小于1ms的響應(yīng)時間。
元器件優(yōu)選
在手機(jī)設(shè)計中，不同位置元器件的規(guī)格和性能也各不相同。只有了解最終應(yīng)用、成本構(gòu)成、外形尺寸數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品上市時間，設(shè)計工程師才能夠選擇正確的元器件和設(shè)計結(jié)構(gòu)。
