3G手機(jī)電源管理分割方案

第三代(3G)手機(jī)可提供具有更多功能的各種特性。當(dāng)消費(fèi)者享用這些通信設(shè)備最新及更好功能的時候，他們還繼續(xù)要求單個電池的工作時間更長、手機(jī)的外形尺寸更小。盡管IC集成可幫助解決尺寸問題，但同時也會增加設(shè)計復(fù)雜度并限制設(shè)計靈活性。當(dāng)今的手機(jī)設(shè)計工程師必須考慮多種因素來有效地優(yōu)化電池使用，以延長電池工作時間。因此，必須結(jié)合使用高度集成化的電源管理單元和高性能分立器件來進(jìn)行電池管理、功率轉(zhuǎn)換以及系統(tǒng)管理。

兩難選擇：功能與電池功率

當(dāng)設(shè)計一款高級無線設(shè)備時，設(shè)計工程師將面臨一個兩難選擇。一方面，他們需要將許多功能集成到一個通常由電池和顯示屏的尺寸、復(fù)雜的用戶接口和設(shè)計工程學(xué)所決定的特定外形尺寸中；另一方面，電池的可用能量取決于決定它們能量密度與物理尺寸的化學(xué)特征，這些不斷變化的參數(shù)常常迫使設(shè)計工程師要更高效地使用電池功率，以滿足消費(fèi)者對待機(jī)時間和工作時間的要求。

圖1：3G手機(jī)的系統(tǒng)組成框圖。

如今的3G多功能手機(jī)能支持多個空中接口，不僅提供GSM、WCDMA等多波段調(diào)制解調(diào)器連接，還可通過藍(lán)牙、無線LAN、紅外以及USB接口進(jìn)行其它連接。數(shù)碼相機(jī)功能已成為許多手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，它需要復(fù)雜的相機(jī)引擎和高發(fā)光度的閃光燈來拍攝高質(zhì)量照片。隨著數(shù)據(jù)傳輸速度的增加，手機(jī)的視頻電話功能也有可能實(shí)現(xiàn)。此外，高速應(yīng)用處理器還提供強(qiáng)大的音/視頻處理能力，以支持?jǐn)?shù)字電視(DTV)信號和MPEG音頻編解碼。更新型的手機(jī)還將增加FM無線電和數(shù)字電視調(diào)諧器以增加手機(jī)的娛樂價值。數(shù)據(jù)吞吐量的提高最終將需要高密度的存儲容量，這可通過存儲器擴(kuò)展槽，甚至微型硬盤驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。不難想象，這些無線設(shè)備大部分還將兼有便攜式游戲設(shè)備的功能。

作為能量來源的電池在系統(tǒng)中占有重要地位。如今，幾乎百分之百的3G手機(jī)都采用鋰離子電池，這種電池是所有可充電化學(xué)電池中能量密度最高的。大多數(shù)電池的尺寸大約為50×40×5mm，容量在900mAh至1,200mAh之間。盡管燃料電池技術(shù)所能提供的能量密度將大大高于鋰離子電池的能量密度，但由于技術(shù)與政策上的問題，預(yù)計還需數(shù)年時間燃料電池才能得到廣泛應(yīng)用。此外，鋰離子電池技術(shù)有望逐步得到改進(jìn)，其電池容量可能增加30(。因此，系統(tǒng)工程師基本上還會繼續(xù)使用可提供大約1,500-1,800mAh容量的鋰離子電池。

這種兩難選擇最終將驅(qū)動數(shù)字與模擬半導(dǎo)體技術(shù)轉(zhuǎn)向下一個更低的功率節(jié)點(diǎn)，并推動超高效電池使用技術(shù)的發(fā)展。

集成與布局的問題

很顯然，隨著所有功能都被集成到一個尺寸相對較小的設(shè)備中，對一組合適的高性能模擬與數(shù)字器件進(jìn)行集成變得非常必要。為強(qiáng)調(diào)這種集成的復(fù)雜性，圖1給出了3G手機(jī)的主要系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2：用于精確測量電池電量的電池電量計。

但問題是：需要使哪些器件集成并如何解決手機(jī)外形尺寸對器件布局的影響？一個顯而易見的答案就是集成為基帶處理器、音頻子系統(tǒng)及接口器件供電的標(biāo)準(zhǔn)電源，這些標(biāo)準(zhǔn)電源為不同的手機(jī)平臺和使用同樣基本芯片組的手機(jī)供應(yīng)商所采用。但這存在兩個固有的重大挑戰(zhàn)。