近年來(lái)不斷增多的功能使手機(jī)設(shè)計(jì)面臨更嚴(yán)峻的電源管理挑戰(zhàn)。本文從電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、閃光燈電路、電池充電等方面分析了未來(lái)手機(jī)的電源管理設(shè)計(jì)趨勢(shì)和各種相應(yīng)的解決方案。3G手機(jī)不僅可以瀏覽網(wǎng)頁(yè)、發(fā)送電子郵件、拍攝數(shù)碼相片，甚至能播放視頻流。手機(jī)制造商正面臨越來(lái)越大的壓力，因?yàn)樗麄儽仨毎堰@些功能集成進(jìn)不斷縮小的體積內(nèi)，同時(shí)要讓手機(jī)維持較長(zhǎng)的工作時(shí)間。

　　未來(lái)3G智能手機(jī)電源管理設(shè)計(jì)趨勢(shì)分析

　　不斷增多的功能促使手機(jī)需要更多不同功率水平的低電壓輸出電平。一個(gè)例子是用于圖像處理的應(yīng)用處理器，它在視頻捕獲期間需要高達(dá)360mw的功率。在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，手機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的負(fù)載所需的峰值功率通常將超過(guò)4W。這么高的功率會(huì)很快耗盡電池的能量。影響電池運(yùn)行時(shí)間的另一重要因素是電源效率和系統(tǒng)電源管理。

　　低電源轉(zhuǎn)換效率將導(dǎo)致發(fā)熱。這種熱量是因?yàn)殡妷赫{(diào)節(jié)器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功率損失而產(chǎn)生的。但手機(jī)中沒(méi)有用于冷卻的風(fēng)扇或散熱片，而只有密集封裝的印制電路板。因此沒(méi)有任何通道可讓熱量散出。這些熱量會(huì)縮短電池壽命，并降低產(chǎn)品的可靠性。由于電壓轉(zhuǎn)換期間會(huì)產(chǎn)生熱量，業(yè)界需要重新考慮應(yīng)該采用何種穩(wěn)壓器。目前，制造商正在采用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器取代簡(jiǎn)單但低效的線性低壓降（LDO）穩(wěn)壓器，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器具有更高的效率。

　　對(duì)于可滿足手機(jī)內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換需求的不同電壓穩(wěn)壓器，我們必須認(rèn)真考慮它們的優(yōu)缺點(diǎn)。目前有三種選擇：線性LDO穩(wěn)壓器、無(wú)電感型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（亦稱為充電泵）以及傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（基于電感器） 。線性LDO穩(wěn)壓器被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的方案，它只能將輸入電壓轉(zhuǎn)換到更低的電壓。它最顯著的缺點(diǎn)是熱量管理，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)換效率接近于輸出電壓與輸入電壓的比值。例如，一個(gè)LDO的輸入端是標(biāo)稱為3.6V的單單元鋰離子電池，它在輸出電流為200mA時(shí)提供1.8V的輸出電壓，以驅(qū)動(dòng)圖像處理器。那么，它的轉(zhuǎn)換效率只有50%，因此它會(huì)在手機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)，同時(shí)會(huì)縮短電池使用時(shí)間。

　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可避開(kāi)所有線性穩(wěn)壓器的效率缺點(diǎn)。通過(guò)使用低阻抗開(kāi)關(guān)和磁存儲(chǔ)組件，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率能達(dá)到96%，從而顯著減少轉(zhuǎn)換過(guò)程的功率損耗。由于工作在非常高的開(kāi)關(guān)頻率（大于2MHz），這可以減小外部電感和電容的尺寸。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)比較少，而且能夠通過(guò)良好的設(shè)計(jì)技術(shù)加以克服。介于線性穩(wěn)壓器與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器之間的是充電泵。在充電泵中，外部?jī)?chǔ)能元件是電容而不是電感。由于沒(méi)有電感，它可以減輕潛在的電磁干擾問(wèn)題，以免影響敏感的RF接收器或藍(lán)牙芯片組。充電泵的缺點(diǎn)是有限的輸入輸出電壓比以及有限的輸出電流能力。

　　拍照功能引發(fā)的挑戰(zhàn)

　　許多3G手機(jī)都能拍照甚至傳送視頻流。不過(guò)，當(dāng)消費(fèi)者開(kāi)始接受這些內(nèi)置相機(jī)的手機(jī)時(shí)，他們要求擁有更高質(zhì)量的攝像能力。業(yè)界已經(jīng)準(zhǔn)備采用改進(jìn)的圖像傳感器和光學(xué)系統(tǒng)，但工程師要特別關(guān)注高質(zhì)量的 “閃光” 照明。閃光燈是獲得良好攝像性能的關(guān)鍵，但當(dāng)你準(zhǔn)備在結(jié)構(gòu)緊湊的3G手機(jī)上實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能時(shí)必須謹(jǐn)慎考慮。

　　對(duì)于兩百萬(wàn)像素照相手機(jī)，內(nèi)置閃光燈的尺寸和性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要考慮的兩個(gè)關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在，閃光照明有兩種實(shí)際選擇：白光LED（發(fā)光二極管）和閃光燈。表2比較了LED與閃光燈的性能。LED的優(yōu)勢(shì)是具有連續(xù)工作能力，而且只需要低密度的支持電路。然而，閃光燈擁有一些對(duì)高質(zhì)量攝像特別重要的特性。它的線源光輸出是點(diǎn)源LED的數(shù)百倍，因而可以在大范圍內(nèi)產(chǎn)生密集且容易發(fā)散的光線。此外，閃光燈的色溫是5500°K至6000°K，這非常接近自然光，從而消除了白光LED在藍(lán)光峰值輸出時(shí)所需的色彩校正。

　　大多數(shù)設(shè)計(jì)師希望擁有氙閃光燈的性能，但他們必須保證電路尺寸和復(fù)雜度不會(huì)對(duì)方案的具體實(shí)現(xiàn)造成負(fù)面影響。要更好地理解與此任務(wù)相關(guān)的設(shè)計(jì)困難，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮閃光燈的物理尺寸和操作以及為了確保它安全、正確地工作所需的支持電路。

　　閃光燈及其支持電路

　　閃光燈通常是一個(gè)充滿氙氣的圓柱形玻璃管，其陽(yáng)極與陰極都直接與氙氣接觸，而沿?zé)艄芡獗砻娣植嫉挠|發(fā)電極則不與氙氣接觸。氣體擊穿電壓一般是在幾千伏范圍內(nèi)。一旦發(fā)生擊穿，燈阻抗會(huì)下降到1W以下，此時(shí)流過(guò)擊穿氣體的高電流就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的可見(jiàn)光。閃光燈由觸發(fā)電路和一個(gè)可產(chǎn)生高瞬態(tài)電流的儲(chǔ)能電容控制。工作時(shí)，閃光電容器一般被充電至300V。最初，電容器不能放電，因?yàn)殚W光燈處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。但當(dāng)觸發(fā)電路接到命令后即會(huì)給燈施加數(shù)千伏的高壓，于是燈被擊穿，從而使電容器放電。對(duì)閃光重復(fù)率的主要限制是燈能否安全散熱。

　　第二個(gè)限制是充電電路給閃光電容器充滿電所需的時(shí)間。根據(jù)目前的輸入功率、電容值及充電電路特性，充電時(shí)間一般在1到5秒之間。閃光電容器充電器基本上是一種具有某些特殊能力的變壓器耦合升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)其 “充電” 控制線為高電位時(shí)，穩(wěn)壓器同步內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)，使升壓變壓器產(chǎn)生高電壓脈沖。然后，這些脈沖再經(jīng)整流和濾波，產(chǎn)生300V的直流輸出，其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%。

　　一種可滿足以上所有技術(shù)及性能要求的完整閃光燈電路。通過(guò)利用LT3468-1（一款采用SOT-23封裝的閃光電容器充電器），該解決方案可提供適合3G手機(jī)的緊湊外形。

　　一個(gè)肖特基二極管（D2）用來(lái)安全箝位T1引起的反向瞬態(tài)電壓。升壓變壓器T2用來(lái)產(chǎn)生高電壓觸發(fā)脈沖。假設(shè)C1被完全充電，那么當(dāng)Q1～Q2使Q3導(dǎo)通時(shí)，C2將電流儲(chǔ)存進(jìn)T2主端。然后，T2副端將高壓觸發(fā)脈沖提供給閃光燈，使其電離并導(dǎo)電。C1通過(guò)閃光燈放電，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光。整個(gè)電路占位面積小于400mm2且高度不超過(guò)6mm （包括閃光燈在內(nèi)）。

　　電池充電解決方案

　　事實(shí)上，所有3G手機(jī)都采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮選用何種類型的電池充電器，以及還需要哪些特性來(lái)確保對(duì)電池進(jìn)行安全及精確的充電。線性鋰離子電池充電器的一個(gè)明顯趨勢(shì)是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)注的是在充電周期（尤其在高電流階段）冷卻IC所需的板空間或通風(fēng)條件。充電器的功耗會(huì)使IC的接合部溫度上升。加上環(huán)境溫度，它會(huì)達(dá)到足夠高的水平，使IC過(guò)熱并降低電路可靠性。

　　此外，如果過(guò)熱，許多充電器會(huì)停止充電周期，只有當(dāng)接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么充電器“停止和開(kāi)始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長(zhǎng)充電時(shí)間。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，用戶只能選擇減小充電電流來(lái)延長(zhǎng)充電時(shí)間或增大板面積來(lái)散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護(hù)材料，整個(gè)系統(tǒng)成本也將上升。

　　對(duì)此問(wèn)題有兩種解決方案。

　　首先，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔(dān)心散熱而犧牲PCB面積，并采用一種小型的熱增強(qiáng)封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過(guò)熱。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動(dòng)減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時(shí)也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過(guò)良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來(lái)充電。

　　方案一 ： LTC4059A線性電池充電器

　　LTC4059A是一款用于單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，它無(wú)需使用三個(gè)分立功率器件，可快速充電而不用擔(dān)心系統(tǒng)過(guò)熱。監(jiān)視器負(fù)責(zé)報(bào)告充電電流值，并指示充電器是何時(shí)與輸入電源連接的。它采用盡可能小的封裝但沒(méi)有犧牲散熱性能。整個(gè)方案僅需兩個(gè)分立器件（輸入電容器和一個(gè)充電電流編程電阻），占位面積為2.5mm×2.7mm。 LTC4059A采用2mm×2mm DFN封裝，占位面積只有SOT-23封裝的一半，并能提供大約60℃/W的低熱阻，以提高散熱效率。通過(guò)適當(dāng)?shù)腜CB布局及散熱設(shè)計(jì)，LTC4059A可以在輸入電壓為5V的情況下以最高900mA的電流對(duì)單節(jié)鋰離子電池安全充電。此外，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮最壞情況下的功耗，因?yàn)長(zhǎng)TC4059A采用了專利的熱管理技術(shù)，可以在高功率條件（如環(huán)境溫度過(guò)高）下自動(dòng)減小充電電流。

　　方案二 ：帶過(guò)流保護(hù)功能的LTC4052脈沖充電器

　　LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，用于單節(jié)4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當(dāng)輸入電壓為5.25V并以0.8A電流進(jìn)行快速充電時(shí)，LTC4052的功耗大約為280mW，而線性充電器解決方案的功耗則高達(dá)1.8W。與采用電感來(lái)獲得高效率和低散熱的開(kāi)關(guān)充電器不同，LTC4052采用無(wú)電感設(shè)計(jì)。利用LTC4052設(shè)計(jì)的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2 的面積 ，且高度低于1.7mm。通過(guò)將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設(shè)備對(duì)熱設(shè)計(jì)的要求，允許采用更小的封裝、更小的散熱氣流以及更小的PCB面積，而且能消除熱點(diǎn)，從而無(wú)需使用散熱片或風(fēng)扇。

　　LTC4052需要一個(gè)電流受限的墻上適配器，以控制充電電流的大小。它還需配備過(guò)流保護(hù)電路，以便在意外使用較高電流或墻上適配器發(fā)生故障時(shí)能提供保護(hù)。LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，無(wú)需使用外部MOSFET或阻流二極管。這款獨(dú)立的充電器IC具有C/10檢測(cè)、充電狀態(tài)指示、充電結(jié)束定時(shí)器、墻上適配器檢測(cè)及過(guò)流保護(hù)等功能。LTC4052的輸入電源可以是4.5V到12V，并具有1%的 飄移電壓精度。

　　智能手機(jī)的電源管理設(shè)計(jì)方案

　　手機(jī)功能整合愈來(lái)愈多，然電池容量的增長(zhǎng)，卻始終未能跟上功能變化腳步，如何在有限容量下，提高手機(jī)的使用時(shí)間，良好的電源管理與提升工藝技術(shù)，都是減少手機(jī)功耗的有效作法。傳統(tǒng)只用來(lái)應(yīng)付通訊功能的手機(jī)，已無(wú)法滿足消費(fèi)者的應(yīng)用需求，MP3功能手機(jī)成為必要配備，而多種多媒體功能設(shè)計(jì)，都成為3G手機(jī)時(shí)代下，業(yè)者標(biāo)榜功能訴求。 具照相攝影功能的手機(jī)，需要有復(fù)雜的相機(jī)引擎與高亮度閃光燈；而隨著無(wú)線通訊頻寬增加，應(yīng)用高速處理器，可提供執(zhí)行Bluetooth無(wú)線傳輸、衛(wèi)星定位、手機(jī)上網(wǎng)、數(shù)字電視、語(yǔ)音訊號(hào)編/譯碼…等音視訊處理能力。

　　然功能要求愈來(lái)愈多的結(jié)果，手機(jī)電池的負(fù)荷勢(shì)必更為沉重，手機(jī)內(nèi)部用電設(shè)計(jì)，也變得更為繁復(fù)，因此需要更適合的省電技術(shù)，以因應(yīng)手機(jī)中各種功能需求。顯然，如何將大量的功能整合在1個(gè)小空間內(nèi)，整合恰當(dāng)?shù)母咝阅?a href="http://www.asorrir.com/analog/" target="_blank">模擬與數(shù)字組件是最根本的作法。

　　再者，現(xiàn)階段在無(wú)法提升手機(jī)電池容量情況下，有效壓低數(shù)字訊號(hào)處理器的功耗變得更為重要，除透過(guò)進(jìn)步的工藝技術(shù)降低數(shù)字訊號(hào)處理器驅(qū)動(dòng)電壓外，良好的電源管理，成為節(jié)省手機(jī)功耗的不二法則，才能設(shè)計(jì)出符合消費(fèi)者對(duì)手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用的需求。

　　圖 多媒體手機(jī)，除通訊功能外，各種影音、視訊、無(wú)線傳輸能力，已成為手機(jī)配備功能，但也同時(shí)增加電池功耗，因此需要更多電源管理技術(shù)，增加手機(jī)使用時(shí)間

　　顯示屏幕及射頻區(qū)塊 耗電居前兩名

　　一般手機(jī)使用時(shí)，約有超過(guò)90%的時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，但屏幕上仍然要顯示日期、時(shí)間、電池電量、收訊狀態(tài)，而此時(shí)待機(jī)模式的耗電，需要整個(gè)屏幕來(lái)支持顯示，因此顯示器部分成為手機(jī)耗電一大問(wèn)題。

　　目前手機(jī)上大多是使用TFT LCD作為顯示器，LCD屬于被動(dòng)顯示，需有背光源才能發(fā)揮顯示效果。背光源設(shè)計(jì)，除開(kāi)關(guān)On/Off外，還須有調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流來(lái)改變LED的亮度，調(diào)整亮度的方法可借控制正向電流，來(lái)減少顯示器功耗，主要方法有2種，1種是利用固定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，固定電流可消除正向電壓變化導(dǎo)致的電流變化，可以固定 LED亮度；另外1種方法是利用1個(gè)電壓電源和1個(gè)整流電阻器，來(lái)確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED提供的電壓。

　　除了屏幕是電源功耗一大殺手外，另外1個(gè)功耗來(lái)源，就是射頻區(qū)塊部分。當(dāng)中以射頻零組件中的功率放大器消耗功率為最大，強(qiáng)調(diào)更好輸出效率的放大器電路已愈來(lái)愈受重視，同時(shí)其功耗也逐漸獲得大幅改善。

　　新一代的移動(dòng)電話開(kāi)始采用更低的電池電壓同時(shí)，射頻功率放大器就必須改變?cè)O(shè)計(jì)方向，目前HBT射頻功率放大器技術(shù)，必須適用于3.0伏特以上電壓，而用于低電壓直流電源上取得高線性射頻功率輸出，就必須仰賴E-pHEMT技術(shù)，如此能為手機(jī)制造商提供更好的功率加效率（PAE）、低壓操作和高可靠性…等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)相對(duì)于HBT，E-pHEMT技術(shù)，具備高電壓下較佳效率，在低偏壓下更具吸引力。由于E-pHEMT組件，可在低于2伏特的低偏壓條件下，維持良好的線性與增益表現(xiàn)，可以避免付出降/升壓轉(zhuǎn)換器的成本與功率耗損，也能在不加入不必要組件的條件下，提高電池效率并延長(zhǎng)手機(jī)通話時(shí)間。

　　圖 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體0.4mm厚的超薄集成電路封裝技術(shù)，適用于更輕薄短小的移動(dòng)電話、顯示器、MP3播放器、PDA及其它可攜式電子產(chǎn)品。

　　壓差線性穩(wěn)壓器LDO減少音頻功耗

　　手機(jī)各種音訊功能，如MP3播放、多和弦鈴聲和FM廣播…等功能，都會(huì)增加手機(jī)功耗。因此如何讓音訊電路最佳化達(dá)到低功耗設(shè)計(jì)，成為延長(zhǎng)電池時(shí)間的重要問(wèn)題。

　　而改善音訊耗電能方法，手機(jī)音訊組件多要求具備較好的噪聲抑制、低工作電壓、高功效性能。目前一般最常見(jiàn)采用壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout regulator；LDO）來(lái)抑制噪聲（PSRR）。線性調(diào)壓是最常見(jiàn)且最易應(yīng)用的電壓調(diào)整方式，其優(yōu)點(diǎn)是封裝體積小、外部組件少，利于電路面積有限的手持裝置設(shè)計(jì)。

　　LDO是電路板設(shè)計(jì)上常見(jiàn)的直流轉(zhuǎn)換組件，LDO都是高電壓轉(zhuǎn)低電壓工，作原理是類似像分壓原理，其腳位少、可以過(guò)濾電源噪聲。但LDO雖然是低轉(zhuǎn)換電壓，功耗相當(dāng)?shù)?，但仍有部分電力耗損，如果音頻放大器能夠提高到超過(guò)60dB，就不需要應(yīng)用上LDO，可以降低音頻電路功耗。

　　圖 奧地利微電子推出200mA微型超低壓降穩(wěn)壓器AS1369，僅占1mm2 PCB空間，適合移動(dòng)電話與PDA…等空間有限裝置。AS1369 LDO可實(shí)現(xiàn)性能提升，延長(zhǎng)電池壽命。

　　DC/DC電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品 可減少LDO需求

　　在電源管理IC選擇中，終端市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品尺寸及電源轉(zhuǎn)換效率要求日益嚴(yán)苛，因此屬于低成本但效率較差的LDO線性穩(wěn)壓器，漸受到電源轉(zhuǎn)換效率較好，但設(shè)計(jì)和成本門坎較高的交換式穩(wěn)壓器（Switching Regulator）威脅，例如直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC Converter）市場(chǎng)的沖擊與威脅，造成LDO量縮，甚至因此導(dǎo)致價(jià)格下跌，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)壓力，讓不少電源IC業(yè)者轉(zhuǎn)投入DC/DC電源產(chǎn)品研發(fā)。

　　高頻率的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可讓系統(tǒng)周邊僅須搭配很小的電感或電容即可，進(jìn)而縮減電路板面積，當(dāng)手機(jī)與數(shù)字相機(jī)（DSC）朝輕薄設(shè)計(jì)發(fā)展，勢(shì)必要減少系統(tǒng)對(duì)于單顆LDO需求。因此，使用單組LDO的機(jī)率就愈低，不少廠商都轉(zhuǎn)向投入DC/DC轉(zhuǎn)換器研發(fā)，包括以經(jīng)營(yíng)LDO為主的安茂微電子，也正全力投入DC /DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)發(fā)。

　　整合電源管理芯片趨勢(shì)

　　1.低階手機(jī)基頻芯片整合PMU

　　PMU 主要是用于解決手機(jī)內(nèi)部電源管理問(wèn)題，發(fā)展PMU的主要目標(biāo)，即是為手機(jī)做有效節(jié)電，以避免效率轉(zhuǎn)換損失。目前低階手機(jī)芯片的核心主軸基頻芯片，已朝整合 PMU電源管理模式發(fā)展，由于基頻芯片整合PMU可節(jié)省手機(jī)空間，PMU可具不占空間以及高整合性優(yōu)勢(shì)，讓廠商致力于發(fā)展基頻芯片整合PMU方案。

　　2.高階手機(jī)應(yīng)用處理器整合PMU

　　而高階手機(jī)部分，如3G智能型手機(jī)配備多媒體影像、無(wú)線傳輸功能設(shè)計(jì)，其應(yīng)用處理器耗電量更大，因此就必須發(fā)展專用、整合型PMU，以降低應(yīng)用處理器耗電量。例如，意法半導(dǎo)體就整合了USB OTG高速（High Speed）與音訊編/譯碼（Audio Codec），因應(yīng)智能型手機(jī)對(duì)音訊的精致度要求，讓手機(jī)具快速數(shù)據(jù)傳輸功能。而美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體，也針對(duì)LED發(fā)展出高整合度照明管理單元 （Lighting Management Unit；LMU）可解決LED耗電速度快的問(wèn)題。

　　另外，電源管理芯片朝客制化發(fā)展，將成為未來(lái)趨勢(shì)，為提高PMU使用彈性、擴(kuò)大應(yīng)用空間，針對(duì)某類型市場(chǎng)或處理器平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出客制化規(guī)格，才能創(chuàng)造出業(yè)者的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如德州儀器針對(duì)三星的應(yīng)用處理器，便推出了專屬PMU解決方案，希望通過(guò)提供客制化的PMU產(chǎn)品服務(wù)，積極開(kāi)發(fā)類型（Catalog）PMU，提高產(chǎn)品市占率。

　　而意法半導(dǎo)體量產(chǎn)的整合型PMU，則是采模塊化策略，盡可能整合高階手機(jī)必要功能，如客戶有提出某項(xiàng)功能不合適，只需將該功能關(guān)閉繼續(xù)保留其它功能，滿足不同客戶對(duì)手機(jī)定位的要求。

　　圖 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體高整合度燈光管理單元（LMU），內(nèi)建高電壓升壓轉(zhuǎn)換器及可程序恒流驅(qū)動(dòng)器，可以控制顯示器背光系統(tǒng)內(nèi)高達(dá)20個(gè)串聯(lián)發(fā)光二極管，以及驅(qū)動(dòng)設(shè)于小鍵盤和相機(jī)閃光燈內(nèi)的發(fā)光二極管與紅綠藍(lán) （RGB）光發(fā)光二極管。

　　分離式電源芯片 設(shè)計(jì)彈性佳

　　由于整合性電源管理芯片，仍有功能設(shè)計(jì)限制及彈性不佳缺點(diǎn)，無(wú)法為市面上所有手機(jī)附加功能全部整合在內(nèi)，一旦選擇整合型PMU，如果設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)瑕疵問(wèn)題，則會(huì)影響到后續(xù)的作業(yè)程序；而分離式電源芯片有更多彈性設(shè)計(jì)，在規(guī)格上都能達(dá)到兼容，在功能性、設(shè)計(jì)方案可以有更多選擇性，可避免單一芯片商可能影響設(shè)計(jì)、生產(chǎn)…等問(wèn)題。

　　整合性電源管理芯片種種設(shè)計(jì)限制，凸顯分離式電源芯片有更大彈性及變化優(yōu)勢(shì)，特瑞仕半導(dǎo)體發(fā)展的多芯片封裝（MCM）模式，就屬于分離式電源芯片1種，其能針對(duì)有些微差異功能的手機(jī)，進(jìn)行電源管理設(shè)計(jì)與功能變更，而整合型電源管理芯片，只能專用于某型號(hào)的手機(jī)中。

　　多芯片封裝（MCM）模式與LDO、DC/DC轉(zhuǎn)換器…等分離式電源管理芯片，其設(shè)計(jì)彈性大，使其能與整合型PMU市場(chǎng)地位并駕齊驅(qū)，而不少業(yè)者也紛紛提出類型化、模塊化芯片設(shè)計(jì)，分離式電源管理芯片可就單一功能進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，因應(yīng)未來(lái)手機(jī)快速汰舊換新、求新求變的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)中，才能符合手機(jī)業(yè)者的客制化需求。

　　在提出分離式電源管理芯片業(yè)者中，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的移動(dòng)像素鏈接（Mobile Pixel Link；MPL）實(shí)體層技術(shù)，針對(duì)影像顯示畫(huà)素造成的耗電進(jìn)行管理，以進(jìn)一步解決電源供應(yīng)、噪聲、及穩(wěn)定性問(wèn)題，該技術(shù)主要應(yīng)用于小型顯示器及數(shù)字相機(jī)。MPL能將RGB數(shù)據(jù)影像從原本24位傳送，轉(zhuǎn)換成18位數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，影像訊號(hào)傳輸路徑變大，影像也較清晰，還可達(dá)到省電效果。

　　電池容量管理 增加使用效率

　　電池轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷精進(jìn)，然而電池容量卻仍趕不上手機(jī)廠商需求，與消費(fèi)者對(duì)手機(jī)使用時(shí)間的滿足。雖然近年來(lái)，為提高手機(jī)電池使用時(shí)間，業(yè)者開(kāi)始專注更多高能量電池開(kāi)發(fā)，但對(duì)鋰離子電池的逐步改進(jìn)預(yù)期，也僅能小幅增加2“3成電池容量。

　　電池容量短期內(nèi)不會(huì)有突破性發(fā)展，就必須靠妥善管理電池容量，讓電池可以提供更長(zhǎng)的使用時(shí)間，而適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電池管理就顯得格外重要。例如對(duì)電池的偵測(cè)、充電控制、電池保護(hù)…等，都可有效管控電池容量狀況。透過(guò)電池偵測(cè)組件，可以檢視電池剩余電力，用簡(jiǎn)單的電荷計(jì)量器，由中央處理器負(fù)責(zé)計(jì)算剩余電力，或是通過(guò)微控制器的量測(cè)組件，提供剩余供電時(shí)間、剩余電力、電池電壓、溫度、電流量…等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，可讓使用者更有效掌握電池供電現(xiàn)況。

　　圖說(shuō)：德儀電池電量監(jiān)測(cè)芯片，可測(cè)量電池放電率、溫度、老化程度，及其它因素對(duì)電池阻抗的影響，量測(cè)電池使用壽命的準(zhǔn)確率高達(dá)99%。

　　如何解決智能手機(jī)電源設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問(wèn)題

　　今年絕對(duì)是國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)的暴發(fā)年，主要原因一是MTK平臺(tái)的幾大方案公司發(fā)力點(diǎn)到了，再借力***與大陸的電源管理IC和攝像頭芯片、GPS芯片推出了千元甚至以內(nèi)的Android智能手機(jī)。另一點(diǎn)是蘋果智能手機(jī)的速度推出較慢，讓出了在4.0寸大屏手機(jī)的市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)手機(jī)確實(shí)抓到了難得的時(shí)機(jī)。

　　但另一個(gè)問(wèn)題很快就出來(lái)了，就是智能手機(jī)出現(xiàn)了同質(zhì)化的問(wèn)題和低質(zhì)化。大多數(shù)新出現(xiàn)的國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)品牌都在外觀ID和系統(tǒng)UI上，跟某些品牌的某幾款手機(jī)同質(zhì)化，造成了如同當(dāng)年山寨機(jī)同質(zhì)化的問(wèn)題；另一方面，這些手機(jī)的系統(tǒng)在安裝眾多應(yīng)用軟件時(shí)，就出現(xiàn)了電源、攝像頭、照相或是無(wú)線上網(wǎng)方面的問(wèn)題。有的是由于主平臺(tái)的硬件不足造成，如內(nèi)存不夠，有的是處理器的主頻不給力，但更多的卻是電池、電源管理IC和外圍器件造成。

　　本人認(rèn)為，UI 和ID的同質(zhì)化還是可以接受的問(wèn)題，但是電源管理方面的問(wèn)題卻是需要工程師們做更深入的了解。例如智能手機(jī)的電池用到15%的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)不能攝像拍照的情況，一方面是系統(tǒng)會(huì)為了節(jié)省電量保證通話或短信的基本功能。另外就是上網(wǎng)和照相這些功能會(huì)讓電池出現(xiàn)低過(guò)3.8V的情況，很容易造成關(guān)機(jī)或某些硬件不能正常工作。這樣的結(jié)果就是讓消費(fèi)者認(rèn)為這屬于產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，造成對(duì)國(guó)產(chǎn)手機(jī)的嚴(yán)重不信任，非常值得重視。

　　筆者在IIC China 2012展會(huì)上，與參展的安捷倫科技產(chǎn)品經(jīng)理饒騫進(jìn)行了探討。安捷倫科技在IIC上展示了新推出的N6705B示波器，專門智能手機(jī)和芯片的精密耗電分析。饒騫認(rèn)為，現(xiàn)在的智能手機(jī)設(shè)計(jì)的問(wèn)題是功耗的問(wèn)題。但要解決這個(gè)問(wèn)題，首先就要對(duì)手機(jī)的功耗進(jìn)行非常即時(shí)的監(jiān)測(cè)，要測(cè)試到智能手機(jī)運(yùn)行任何功能和應(yīng)用軟件時(shí)電流、電壓和電池的情況。通過(guò)對(duì)電源各種信息的記錄和分析，才能讓手機(jī)芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師了解到如何對(duì)智能手機(jī)進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)。

　　饒騫表示，N6705B示波器另外一個(gè)功能就是它本身就可以用來(lái)模仿手機(jī)的照像、GPRS上網(wǎng)、通話、短信等各種功能時(shí)的實(shí)際耗電情況，從而達(dá)到智能手機(jī)的電池內(nèi)阻進(jìn)行仿真功能，這款設(shè)備適合特別適合于智能手機(jī)的芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師使用。

　　此外，隨著便攜式設(shè)備的功能越來(lái)越豐富，這款示波器還可以幫助到像平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、手持游戲機(jī)等多種電池供電的便攜式終端設(shè)計(jì)測(cè)試。