如何使智能手機(jī)“更加智能”

在網(wǎng)絡(luò)上可以很容易地找到降低LED背光功耗和提高AP或Wi-Fi模塊DC-DC效率的解決方案。然而，降低RFPA功耗和縮短電池組充電時(shí)間的解決方案就不那么容易找到了。

創(chuàng)新功能是智能手機(jī)制造商推出新型號(hào)的關(guān)鍵激勵(lì)因素。這些功能應(yīng)滿足用戶的“智能”愿望，并最終成為有別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差異化因素。

減少RFPA功耗

智能手機(jī)市場(chǎng)見(jiàn)證了許多最新、最先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)，比如飛兆半導(dǎo)體公司的FAN5904。這是一種6W、3/6MHz的降壓轉(zhuǎn)換器，它支持GSM/EDGE PAM和3G/3.5G RFPA。由于不需要兩個(gè)單獨(dú)的降壓轉(zhuǎn)換器，因而能夠節(jié)省空間。

FAN5904能夠滿足從WCDMA到HSUPA+、CDMA2000 1x EV-DO的全球流行3G無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，它還支持中國(guó)的3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA以及在TD-SCDMA信號(hào)調(diào)制方式下支持更高數(shù)據(jù)速率的HSUPA。FAN5904轉(zhuǎn)換器還能用于新興的“TEDGE”移動(dòng)手機(jī)。這種手機(jī)支持TD-SCDMA，并且后向兼容GSM/EDGE。圖6展示了FAN5904是如何連接基帶芯片組、射頻收發(fā)器和功放的。

圖6：飛兆FAN5904降壓轉(zhuǎn)換器支持基帶處理器、射頻收發(fā)器、3G功放以及GSM/EDGE PAM。

查看具有和不具有用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腇AN5904的3G功放的輸出功率掃描(具有針對(duì)-39dBc ACPR的RFPA供電電壓設(shè)置)可以發(fā)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)換器可以在使用相同尺寸電池組的條件下，將通話時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間分別延長(zhǎng)14%和30%(分別見(jiàn)圖7和圖8)。這樣，智能手機(jī)就能使用更小的鋰離子電池組，而又不犧牲總體通話時(shí)間和數(shù)據(jù)上載時(shí)間(圖9)。而更小的電池組又能極大地減小整個(gè)手機(jī)的體積，使手機(jī)變得更薄、更輕和更小。

圖7：該圖對(duì)WCDMA信號(hào)調(diào)制模式、1000mAh鋰離子電池條件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的通話時(shí)間作了比較。

圖8：該圖對(duì)WCDMA信號(hào)調(diào)制模式、1000mAh鋰離子電池條件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間作了比較。

圖9：FAN5904轉(zhuǎn)換器在不犧牲通話時(shí)間的情況下，允許縮小電池組體積。

實(shí)現(xiàn)DC-DC解決方案的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠極大地降低RFPA殼溫。為便于描述，對(duì)由FAN5904供電的3G RFPA進(jìn)行了熱成像(圖10)，其中，F(xiàn)AN5904直接連接到已充電至4.2V的電池。在使用FAN5904的情況下，RFPA的溫度在滿輸出功率時(shí)幾乎達(dá)不到50℃。但在另外兩種情況下，溫度很容易達(dá)到50℃和65℃。因此，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，整個(gè)手機(jī)發(fā)熱會(huì)相當(dāng)快。

圖10：這些熱量圖像顯示了在VPA=2.97V時(shí)帶FAN5904的3G功放(POUT=28dBm)(a)，僅在VBAT=3.70V時(shí)的功放(b)，以及僅在VBAT=4.20V時(shí)的電池充電期間的功放。

綜上所述，DC-DC解決方案不僅有助于降低溫度，而且能夠簡(jiǎn)化RFPA的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。元器件可以擺放在更靠近RFPA的位置，從而有助于減小PCB的尺寸和降低成本。

縮短鋰離子電池充電時(shí)間

手機(jī)電池通常采用標(biāo)準(zhǔn)USB端口(5V/500mA)和外部充電適配器進(jìn)行充電。由于智能手機(jī)電池組相對(duì)較大，在使用傳統(tǒng)的線性充電器工作模式時(shí)，充電時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。這種情況可以通過(guò)將充電電流增加到1C加以改善，但手機(jī)電池必須連接到外部充電適配器(雖然不是用于標(biāo)準(zhǔn)USB端口)。誠(chéng)然，1C充電模式也會(huì)引起充電器IC的散熱問(wèn)題——當(dāng)外部充電適配器連接到手機(jī)時(shí)，會(huì)造成外殼變得非常地?zé)?。因此，設(shè)計(jì)人員一般需要為散熱保留一部分PCB空間。

圖11：典型線性充電器的效率約為70%，而開(kāi)關(guān)充電器的效率接近94%。

傳統(tǒng)的線性充電器類(lèi)似于效率可達(dá)70%的低壓差(LDO)穩(wěn)壓器(圖11)；開(kāi)關(guān)充電器則類(lèi)似于效率可達(dá)94%的DC-DC轉(zhuǎn)換器。即使是連接到標(biāo)準(zhǔn)的5V/500mA USB端口，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器也能支持高達(dá)650mA的充電電流。例如，當(dāng)采用與900mAh電池組相同的配置時(shí)，充電時(shí)間要花1小時(shí)12分鐘。總體充電時(shí)間縮短了30%，外殼溫度則降低到40℃以下(圖12)。

圖12：使用FAN5400開(kāi)關(guān)充電器可以將充電時(shí)間縮短30%。

FAN540x開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可以用來(lái)縮短充電時(shí)間，簡(jiǎn)化散熱方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有±5%的高精度輸入過(guò)流保護(hù)(OCP)功能以及±0.5%的充電過(guò)壓保護(hù)(OVP)精度。OVP和可選輸入OCP可以為充電電池提供額外保護(hù)。

雙攝像頭分辨率

大多數(shù)智能手機(jī)都配備有兩個(gè)攝像頭：一個(gè)是用于拍照的高分辨率攝像頭，一個(gè)是用于視頻通話的標(biāo)準(zhǔn)分辨率攝像頭。兩個(gè)攝像頭共享相同的數(shù)據(jù)總線和隔離開(kāi)關(guān)，這些數(shù)據(jù)總線和隔離開(kāi)關(guān)用于在高速分辨率模式下保護(hù)信號(hào)的完整性。

為了滿足上述需要，制造商開(kāi)發(fā)出了不同類(lèi)型的解決方案。舉例來(lái)說(shuō)，飛兆公司的FSA1211低功耗、12端口高速開(kāi)關(guān)，配置為單刀單擲(SPST)器件，為隔離高速源(如手機(jī)相機(jī)接口)進(jìn)行了優(yōu)化(圖13)。FSA1211的導(dǎo)通電容(CON)為6pF，其較寬帶寬(>720MHz)能夠通過(guò)三次諧波，從而信號(hào)的邊沿和相位失真非常小(圖14)。另外，通道間的串?dāng)_也最大程度地減小了干擾。