可拍照手机需要创新的电源技术

在超便携式应用领域，近来最令人吃惊的趋势之一是融合：集成蜂窝电话与PDA、数码相机(DSC)、音乐播放器及全球定位系统(GPS)的智能手机；包含摄像机、DSC、音频播放器、录音机和电影浏览器的音视频录像机；以及用于显示器、打印机和复印机的数字纸张。虽然其中一些融合应用尚需时日才能实现商业化，但不少应用正如潮水般涌向市场。

一个重要的案例是将两种非常成功的超便携式产品——DSC与彩屏蜂窝电话整合在单个便携设备中的可拍照手机。本文将考察独立的DSC，并分析将此功能集成到可拍照手机后，这种融合对功耗和电源的影响。

在过去几年，DSC市场经历了高速增长，现在DSC的销量已经超过笔记本电脑，其中三分之一是高分辨率(大于3百万像素)产品。今天的顶级数码相机具有接近5百万像素的分辨率，并正迈向7百万像素。

DSC的功率需求

DSC包括许多消耗电流的模块，其关键部件是图像传感器，它传统上一直采用电荷耦合器件(CCD)。最近，该关键部件变成了一种CMOS SENSOR" target=_blank>CMOS 集成电路，它可替代传统照相机的胶片，一般由2.7至3.3V的电源供电。

在DSC中，闪光是由氙灯产生的，它在光脉冲的持续时间内由一个可将电池电压转换到300V的升压调节器供电。而在最初，氙灯是通过一个高压(4-5kV)脉冲对灯内混合进行电离而被激活的。该脉冲是由一个选通脉冲单元发出的，它包括一个高压脉冲变压器和一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

彩色显示器背光可以通过由一个有源LED驱动器控制的四只白光LED来提供。驱动器应允许调节LED偏置电流的占空比，以调整相对于环境光的亮度，从而将背光的功耗降至最小。调焦和快门马达可以由一个双电机驱动器进行驱动，锂离子电池可以由外部充电器适配器进行充电。最后，DSP彩色相关单元可以由一个低电压、低电流(1.2V、300mA)的降压转换器供电。

下面的例子可以说明这种应用的功率需求。一个掌上型DSC(130万像素)在拍照时消耗的峰值功率大概为2W，浏览图片时的峰值功率为1.2W(假定在2.4V、500mA的供电条件下)。在这种情况下，两个串联的700mAh NiMH充电电池可维持近1小时的拍照和浏览时间。

如果说DSC是消费者追捧的对象，那么可拍照手机正在市场上热卖。据预测，今年可拍照手机的数量将超过DSC，到2007年，生产的全部蜂窝电话中有四分之一将带有照相机。

日本一直引领着对高端可拍照手机的需求，它们装配有百万像素的图像传感器、固态存储卡和高分辨率的彩屏显示器。日本已经发布的许多新款可拍照手机具有100万或130万像素的分辨率，在性能上可以替代低端DSC。用于蜂窝电话的照相机被限定在狭小的模块内，而且一般要满足苛刻的要求，包括1cm³的体积、100mW的功率、2.7V的电源和10美元的成本等。

图像传感器制造商之间正在掀起一场技术战。蜂窝电话制造商希望为照像模块分配的功耗低于100mW，CCD图像传感器正在接近这一极限，而CMOS传感器通常只需要一半的功率。在低分辨率应用中，CMOS图像传感器凭借其低功耗特性已经胜过CCD。在高分辨率(大于1百万像素)应用中，CCD依然是领先者。

通话时间下降

今天的可拍照手机大部分具有30万像素左右的分辨率，而且在通话和拍照模式下消耗的峰值功率基本相同(低于1.5W)。从早前使用的DSC推断，一个130万像素的可拍照手机在拍照模式下的峰值功耗(2W)将高于在通话模式下的功耗(1.5W)。这类一流的可拍照手机如果装配一只3.6V、1,000 mAh的锂离子电池，那么应该保证两个小时左右的通话和拍照时间。目前的可拍照手机和DSC会带有1个8到16MB的闪存存储棒。被称为Mini SD卡的固态存储卡在今年年底将达到256MB。

所有这些功能的代价是它们导致蜂窝电话的通话时间呈螺旋式下降：从常规蜂窝电话的6个小时下降到新型可拍照手机的1或2个小时。

随着更高像素的照相机、更高分辨率的显示器和更多功能被集成到蜂窝电话中，通话时间将进一步缩短。

在工作时间下降到1至2个小时的情况下，可拍照手机遇到了与笔记本电脑类似的电源管理难题，因为两者都依赖于相同的液晶显示和电池技术。

为了使笔记本电脑获得8小时的工作时间、使蜂窝电话回复到原来的通话时间水平，我们需要新的技术。燃料电池或电化学装置可以将甲醇类燃料的能量直接转化成电能，其存贮的能量可以达到现有电池的10倍。它们将在两年内迎来黄金的发展阶段。在显示方面，有机LED有望取代现行的透射式LCD技术，从而免去消耗大量功率的背光配件。

作者：Reno Rossetti

计算业务战略总监

飞兆半导体公司