系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師便攜式設(shè)備電源設(shè)計(jì)攻略

從產(chǎn)品定義規(guī)劃人員的角度來看，便攜式設(shè)備兩個(gè)最重要的電源設(shè)計(jì)指標(biāo)是連續(xù)工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。那么，對(duì)一個(gè)負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來講，從哪些方面入手才能使得這兩個(gè)指標(biāo)性能最優(yōu)呢？

很顯然，我們首先應(yīng)考慮如何增加電源供給量。如果我們能從源頭上解決這一問題，即找到比現(xiàn)有的鋰離子電池功率密度更大的電池，那么所有熱門便攜式設(shè)備的連續(xù)工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間性能就都能得到大幅度的提高。

而在這方面，業(yè)界既有好消息也有壞消息。好消息是功率密度比現(xiàn)有鋰離子電池高1.5倍或2倍的燃料電池已經(jīng)到了接近商用化的程度。例如，美國(guó)燃料電池供應(yīng)商MTI Micro已經(jīng)克服了商用化道路上的三大障礙，即燃料電池的出水問題、使用便宜的甲醇做原料、以及小型化。三星已經(jīng)開發(fā)出了基于燃料電池的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)原型產(chǎn)品，東芝在2002年也推出過使用微型燃料電池的Gigabeat MP3播放器。

不過，壞消息是業(yè)界仍然有很多人認(rèn)為燃料電池的價(jià)格還是有點(diǎn)貴，而這對(duì)于利潤(rùn)日趨微薄的消費(fèi)電子制造商來說是很難馬上加以接受的。例如，Micrel電源產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Andy Khayat就表示：“盡管針對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的高性能燃料電池已經(jīng)推出有好幾年了，然而它們的價(jià)格仍然太高，而且人們擔(dān)心易燃性液態(tài)燃料具有潛在的可靠性問題。因此具有代表性的消費(fèi)電子市場(chǎng)還沒有接受燃料電池，而要被大眾消費(fèi)電子市場(chǎng)接受需要更長(zhǎng)的時(shí)間，有可能要等到2015以后。”

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Tony Armstrong也認(rèn)為：“盡管燃料電池已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里證明了自己的效能，甚至有的還實(shí)現(xiàn)了商品化。然而，由于在其熱問題和更新問題的管理方面存在難點(diǎn)，因此所取得成功是有限的。實(shí)際上，從商用的角度來看，燃料電池要想成為移動(dòng)電腦的理想電源還有一段距離。”

也正是由于這樣的現(xiàn)實(shí)問題，因此目前業(yè)界還主要在減少功率的消耗、提高功率轉(zhuǎn)換效率和降低靜態(tài)電流/泄漏電流等方面下功夫。

為了盡可能地減少功耗，系統(tǒng)開發(fā)工程師一般同時(shí)采取兩種方法，一是盡可能地優(yōu)化電路設(shè)計(jì)；二是盡可能地尋找在同類器件中工作功耗最低的替代品。

為了最大限度地提高功率轉(zhuǎn)換效率，系統(tǒng)工程師一般也會(huì)同時(shí)采用兩種方法，一是盡可能地采用功率轉(zhuǎn)換效率高的器件，如用D類功放代替AB類功放，以及用開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器代替LDO；二是采用各種措施(PWM/PFM調(diào)制模式轉(zhuǎn)換、改變供電電壓和工作頻率等)來提高各種負(fù)載條件下的功率轉(zhuǎn)換效率。

降低靜態(tài)電流/泄漏電流主要是為了盡可能地提高待機(jī)時(shí)間，在這方面，系統(tǒng)工程師唯一可采用的方法就是在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用靜態(tài)電流/泄漏電流更低的同類器件。

除此以外，還有一個(gè)應(yīng)特別加以重視的電源問題就是靜電(ESD)保護(hù)，ESD保護(hù)不過關(guān)，很多產(chǎn)品根本無法出口到重要的歐美及日本市場(chǎng)。因此，ESD的控制對(duì)便攜產(chǎn)品來說，是必需品，不是選項(xiàng)。ESD是目前整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)共同面臨的問題，電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝、測(cè)試、以及搬運(yùn)等每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)受到ESD的影響，甚至破壞。

但盡管ESD關(guān)系重大，卻并不代表必須針對(duì)制造與設(shè)計(jì)流程，均勻地分配資源來防范ESD的影響。事實(shí)上，在元件層級(jí)的ESD保護(hù)上，耗費(fèi)過多資源并非明智之舉。我們應(yīng)該將更多的精力放在系統(tǒng)層級(jí)的ESD保護(hù)上。

當(dāng)然，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來說，系統(tǒng)級(jí)的ESD保護(hù)機(jī)制不僅應(yīng)當(dāng)讓電子元件和系統(tǒng)更能抵擋ESD的沖擊，而且必須同時(shí)針對(duì)成本、技術(shù)以及客戶本身的需求進(jìn)行全盤考慮。