为蜂窝手机选择电源管理

新一代蜂窝手机比前几代手机更小，能够实现PDA功能，在更大、更丰富多彩的显示屏上发送电子邮件、即时消息和网页浏览。某些型号包括 FM 收音机、MP3 播放器和数码相机。

即使功能增加，消费者也希望在不增加尺寸的情况下获得持久的电池寿命。将更多内容塞进更小的手机中，同时消耗更少的电量，推动电源管理设计发挥了关键作用。为了应对这一挑战，模拟IC制造商开发了更小、更高性能的电源解决方案。

电源管理 IC

大多数无线手机的核心是电源管理IC（PMIC）。PMIC 可处理大多数电源要求和其他模块，如接口或音频。领先的模拟半导体制造商提供PMIC作为完全定制、半定制和/或标准产品，通常使用针对混合信号和电源优化的5V亚微米BiCMOS工艺。任何尚未集成到手机其他位置的模块都是PMIC中集成的候选模块;但是，建议进行一些审核，如图 1 所示。不集成特定区块是有原因的：1）如果使用不同的工艺设计，区块可能更便宜或更小;2）由于技术进步或客户需求的变化，模块可能会从一个设计更改为下一个设计;3）该块可能不是跨平台通用的;4）该区块可能会对进度提出积极的设计挑战/风险;5）由于噪声耦合等性能原因，该模块可能不适合集成。

图1.MAX1502标准产品电源管理IC是低风险、受限集成的一个例子，仅集成支持常用CDMA芯片组所需的最常见模块。

尽管如此，将尽可能多的模块集成到PMIC中的原因是明显的成本和尺寸节省，特别是当集成对于大量手机来说很常见时。可以通过逐步增加连续设计的集成来管理风险。

低压差线性稳压器

蜂窝手机通常需要 5 到 12 个独立的低压差 （LDO） 线性稳压器。这个数字很高，不是因为有这么多单独的电压，而是因为LDO还充当具有电源抑制比（PSRR）的开/关开关，以防止噪声耦合。大多数LDO集成在PMIC中，但由于PCB布局/布线、特定组件（如压控振荡器）的噪声敏感性或需要为非标准模块（如集成数码相机）供电，仍然存在一些分立单元。分立形式中，采用SOT150封装的单通道23mA LDO多年来一直是热门选择。然而，当今较新的封装、亚微米工艺和更好的设计以更小的尺寸提供了更高的性能。您现在可以在SOT300中采用单路23mA LDO，在SOT150中采用双路23mA LDO，或在微型SC120中采用单路70mA LDO，同时具有标准和超低噪声（10μVRMS和85dB PSRR）两种型号。此外，现代 UCSP™ 提供尽可能小的尺寸，而新的 QFN 封装允许最大的芯片尺寸，并在 3mm x 3mm 的塑料封装中提供最高的导热性。因此，QFN 封装可实现更高电流的 LDO，并且每个封装具有更多的 LDO。甚至还有三重、四重和五重 LDO，它们减少了分立实现和 PMIC 之间的界限。

用于处理器内核的降压转换器

尽管LDO简单小巧，但其主要缺点是效率，尤其是在为低压电路供电时。随着手机中PDA和互联网功能的增加，应用了更强大的处理器，电源轨从1.8V到0.9V不断减少。为了控制电池电流，应使用高效的降压开关稳压器为内核供电。低成本、小尺寸、高效率、低静态（待机）电流和快速瞬态响应是设计考虑因素。协调这种困难的特征分组需要经验丰富的模拟设计和一些独创性。如今，只有领先的模拟半导体制造商才提供合适的降压转换器，采用小型SOT23封装，具有1MHz或更快的开关频率，以允许使用小型外部电感器和陶瓷电容器。

用于RF功率放大器的降压转换器

在成熟的日本手机市场中，降压转换器还用于为CDMA收音机的功率放大器（PA）供电，以响应与基站的距离变化，具有不同的VCC电源电压。当乘以发射概率密度函数时，降压转换器平均可节省40mA至65mA的电池电流。节省的电流量取决于输出电压步进的数量、PA 的特性以及在城市还是郊区环境中传输语音或数据。基于日本的成功和对一家欧洲WCDMA创新者的开创性努力，现在韩国，美国和其他欧洲手机制造商正在测试或设计开关稳压器。降压转换器的要求是尺寸非常小、成本低、输出纹波低和高效率。同样，SOT23转换器是一个不错的选择。为了保持尽可能低的压差，分立式低R型DS（ON）P沟道MOSFET通常用于在高功率传输时直接从电池为PA供电。为了进一步减小整体尺寸，最新的降压转换器（例如MAX8500系列）集成了这个额外的FET。

指示灯、指示灯和更多指示灯

对于带彩色显示屏的无线手机，由于电路简单和非常高的可靠性，白光LED现在主导了背光应用。效率超过卤素灯，但还不及荧光灯。现代设计通常使用三个或四个白光 LED 用于主显示屏，两个白光 LED（在翻盖式设计的情况下），以及键盘后面的六个或更多白色或彩色 LED。如果集成了相机，则可能会有四个用于闪光灯/频闪灯和mpeg电影灯的白色LED。一个手机中总共有多达16个LED，所有这些都需要用恒定电流驱动。

多年前，日本的第一代彩色手机使用效率低下的1.5倍电荷泵和镇流电阻器。（该解决方案有效地摒弃了他们通过在PA上增加降压转换器而努力节省的40mA电流。如今，大多数设计都使用基于电感的升压转换器，以实现更高的效率。然而，最新的1x/1.5x电荷泵在没有电感器的情况下也能获得类似的高效率，但LED的导线更多。由于白光LED电源的市场如此之大，因此有大量的IC可供选择。需要考虑的是高效率、小外部元件、低输入纹波（以避免将噪声耦合到其他电路）、简单的调光接口以及降低成本或增加可靠性的任何其他功能，例如输出过压保护。一些PMIC包括一个白光LED电源，但通常不会为多个显示器或相机频闪灯供电，或者它们可能效率低下或切换太慢。这将需要大电感器和电容器，并产生较大的输入纹波。通常需要添加分立IC以与PMIC配合使用，或者找到高度集成的分立方案（例如MAX1582，图2）。

图2.由于LED背光是手机中电池功耗最高的产品之一，MAX1582采用高效升压转换器拓扑结构，照亮主显示屏、副显示屏和键盘。

电池充电

几乎每部无线手机都使用简单的线性充电器为其三个NiMH电池或单个Li+电池充电。大多数情况下，充电器集成在PMIC中，但为简单起见，检流电阻和/或调整管可能位于外部。有许多选择可以控制散热：1） 以 C/4 或更慢的速度充电;2）使墙上适配器输出具有一定的电阻性，因此大部分压降都发生在那里;3）使用脉冲充电和限流墙上适配器;4） 包括反馈以调节墙上适配器，使调整管两端的压降恒定;或5）添加一个恒定的热控制环路，以节流以保持恒定的管芯温度，这仅在调整管位于PMIC上时才实用。分立式充电器IC可能提供一定的灵活性，但对于手机来说，好处大大降低，因为集成充电器可以通过PMIC的串行接口轻松重新编程，以适应不同的电池化学成分或容量。

审核编辑：郭婷