3G手機電源管理的設(shè)計挑戰(zhàn)

自21世紀(jì)一開始，第三代移動通信技術(shù)就已經(jīng)處于主流技術(shù)的邊緣。然而在過去的時間里，該技術(shù)啟動所必須的各項技術(shù)和運營業(yè)務(wù)之間并未實現(xiàn)對接，從而導(dǎo)致3G手機的大規(guī)模應(yīng)用的必然推遲。

2006年是3G走上主要舞臺的最后機會。在用戶頭腦中，手機的概念已經(jīng)從語音設(shè)備發(fā)展到了以多媒體為中心的終端設(shè)備。手機作為一個多媒體播放設(shè)備已是意料之中的，用戶期望能依賴該設(shè)備播放音樂、數(shù)字電視、游戲等相關(guān)業(yè)務(wù)。從客戶那里得到的反饋消息給無線運營商們吃了一個“定心丸”，從而促使他們對基礎(chǔ)設(shè)施進行大量投資來升級網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)從EDGE到W-CDMA的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。運營商們也意識到以語音服務(wù)為基礎(chǔ)的無線市場的競爭日趨激烈，語音電話業(yè)務(wù)的增長量比較低，尤其是歐洲和北美這些成熟市場，他們必須立即開始提供以數(shù)據(jù)為中心的多媒體業(yè)務(wù)，否則利潤會變得更低。另一方面，大量的用戶需求以及運營商在3G基礎(chǔ)設(shè)施的重大投資也促使那些主要手機制造商向3G進行重大的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，去爭取3G手機市場的領(lǐng)先地位。

手機的多媒體應(yīng)用需要高速數(shù)據(jù)傳送，這就凸顯了快速移動與數(shù)據(jù)傳送速率之間的取舍問題。雖然2G和2.5G標(biāo)準(zhǔn)(如GPRS、EVDO)提出了用手機實現(xiàn)網(wǎng)上沖浪或者鈴聲下載這些概念，但下載速度太慢，令人難以忍受，從而使應(yīng)用受限。

近年來隨著W-CDMA、CDMA-EVDO Rev.A(不久將來的EVDV)的出現(xiàn)，手機的下載速度與以前相比會有顯著的提高。W-CDMA的HSPA(高速鏈路分組接入)標(biāo)準(zhǔn)支持很好的移動性和1Gb/s數(shù)據(jù)傳輸率。手機另一個共同的特性就是包含了Wi-Fi連接，支持無線局域網(wǎng)，但是應(yīng)用卻限制在無線熱點范圍內(nèi)。還有一些像移動WiMAX這樣的標(biāo)準(zhǔn)以及與之等效的韓國WiBro，將無線熱點范圍擴大到主要都市的各個區(qū)域。所有這些技術(shù)都促進了傳統(tǒng)的語音通信向基于IP的數(shù)據(jù)通信過渡。

電源管理面臨的挑戰(zhàn)：

只能增加新功能，不能增加結(jié)構(gòu)尺寸

新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)使下一代手機迅速地發(fā)展起來。現(xiàn)在的趨勢是：在不增加結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，手機要盡其可能具備更多的功能和應(yīng)用。

事實上，現(xiàn)在風(fēng)靡的產(chǎn)品如蘋果公司的iPOD及摩托羅拉的Razr已經(jīng)給便攜式電子產(chǎn)品注入了更薄、更優(yōu)美和更流暢光滑的概念。3G手機支持更快的下載速度。具有MP3播放和視頻下載功能的手機日漸普及，手機需要具備大容量存儲功能，在手機中集成小于1英寸的硬盤驅(qū)動器和大容量閃存，能夠使存儲容量提高到4G。不過最顯著的趨勢是將出現(xiàn)不久的mini SD卡和micro SD卡用作為可插拔的存儲器件。SD卡可以看成“新型軟盤”，用于在PC機和手機之間數(shù)據(jù)的互相交換，也可以用作為數(shù)據(jù)(比如照片信息)共享的一種方式。說到照片，對大部分用戶而言，手機作為數(shù)碼相機已是最基本的配置了。在日本具有3百萬像素相機功能的手機占據(jù)廣大的市場，韓國已經(jīng)開始嘗試7百萬像素的手機相機，這使得手機看起來更像一個相機而不是電話。除了逐步提高分辨率之外，還在手機中置入更高亮度的閃光燈，從而可以用手機相機拍下高質(zhì)量的相片。　　

實際上，下一代的手機里會設(shè)計兩個相機。高分辨率的相機用于靜止畫面拍攝，低分辨率的相機用于抓拍短的視頻畫面。2005年業(yè)界談?wù)撟疃嗟氖謾C應(yīng)用無疑是數(shù)字電視功能，韓國在引進數(shù)字電視也務(wù)方面走在市場的前沿，2005年已經(jīng)支持DMB標(biāo)準(zhǔn)。幾乎所有的專業(yè)手機制造商都意識到了該功能的潛力，正在對此加大投資。今年夏天符合全球DVB-H標(biāo)準(zhǔn)的手機已出現(xiàn)在歐洲手機市場，并顯示了世界杯的精彩畫面。還有其他功能如Wi-Fi和游戲已經(jīng)對市場形成了沖擊，而一些新的應(yīng)用比如電子支付也處于成長期。不過要滿足以上提及的3G手機的各種應(yīng)用，必須使用專用處理器?！　?BR>
如何延長工作時間

手機用戶希望能增加所有新的功能而又不犧牲工作時間和電池壽命。雖然便攜式設(shè)備的電源管理技術(shù)正在不斷發(fā)展，但每年電源能量密度的改善都只有5%左右，遠遠不能滿足3G手機額外的電源需求。因此重擔(dān)落在了電源管理的肩上，即在無法依賴電池本身來延長電源工作時間的情況下，需要一種新的解決方案以維持更長的工作時間。使用新型的效率為85-90%的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器替代效率僅為40%的線性調(diào)節(jié)器成為必然趨勢。

3G手機中大多數(shù)數(shù)字處理器，照相機和主要的存儲設(shè)備都由開關(guān)調(diào)節(jié)器來控制供電，以便能獲得最長的工作時間。當(dāng)然，諸如Wi-Fi和數(shù)字電視處理器這樣的新應(yīng)用同樣也需要高效的電源管理。開關(guān)調(diào)節(jié)器還會用來調(diào)控下一代CDMA和W-CDMA功率放大器的功率電平，這樣平均來說也可以節(jié)省50%的電量。但是在手機中采用太多的開關(guān)調(diào)節(jié)器也存在問題，由于每路電源需要一個電感器和輸出電容器，開關(guān)穩(wěn)壓器還占用較大的電路板面積，在材料成本上的開銷也相應(yīng)增加。這些都是下一代手機必須克服的挑戰(zhàn)。

圖1顯示出2007年初3G手機電源管理解決方案的框圖。

圖1：一種3G手機電源解決方案

為了解決上述所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，應(yīng)該從下面四個方面入手：

選用良好的封裝　　

研發(fā)出盡可能小的開關(guān)調(diào)節(jié)器是實現(xiàn)最佳開關(guān)調(diào)節(jié)解決方案的第一步。迄今為止，塑封產(chǎn)品如SOT23在便攜式電子產(chǎn)品中具有競爭力。但是現(xiàn)在設(shè)計師必須優(yōu)先考慮芯片級封裝技術(shù)(例如，國家半導(dǎo)體公司的mico SMD封裝技術(shù))，該技術(shù)使用非常小的封裝可以提供相同的功能。圖2給出了相同器件采用塑封與采用芯片級封裝的比較，區(qū)別是顯而易見的。