根据手机功能分区进行电源管理的设计思路

调制解调器是由一个DSP、微控制器、混合信号电路、射频与电源管理电路组成，另外还有相应的DSP软件和软件堆栈。多媒体处理器通常与调制解调器内核的数字功能隔离开来，用于处理与语音呼叫无关的数字化功能。周边器件是不同型号产品之间的差异所在，供应商用它来实现产品的差异化。包括摄像头、蓝牙、内存卡接口、多个液晶显示屏、立体声扬声器，以及未来更先进的技术，像录像功能、指纹识别等。所有这些部分的电源管理需求都各不相同，并具有自己的特点。它们都需要设计工程师彻底理解应用需求，如响应速度、电流要求、噪声、对干扰的敏感度，以及外形尺寸和散热、封装要求等。

调制解调器的电源需求

调制解调器内核的电源管理单元可以是一个集成电路、若干分立器件，或者是集成电路加分立器件。调制解调器内核的某些关键需求是固定不变的，并对小外形尺寸下的性能进行了优化。由于电源管理设计与数字、模拟和射频电路相关，所以必须根据特定的目标电路进行设计，考虑许多的电路特性，如电源抑制比(PSRR)、噪声、瞬态性能、上电时间、过冲、静态电流等。用混合信号工艺开发出的电路能够具备许多优势，如小外形尺寸和最优性能，但仍在灵活性、移动性和风险性等诸方面有所折衷。这种高度集成的办法是任何解决方案中必不可少的重要组成部分，但这些器件难于快速重制(re-spin)，因为它们与系统的联系非常密切。此外，由于它们在设计中要采用小线宽工艺和多层掩膜，所以高掩膜成本会削弱它的竞争优势。

图：手机功能的分区。
 
分立器件可以提供一种低风险的解决方案，因为它可以从多家供应商获得元器件，从而降低成本，获得需要的器件。另外，还有机会选择并使用新的器件、架构和供应商。然而，问题的关键是这种解决方案是否可以获得最小的尺寸和最低的成本。

在选择电源管理架构时，最重要的是低成本，另外还有产品面市时间。这一点很难准确判断，但却是非常实际的问题，不应忽视。

多媒体电源需求

多媒体处理器对电源管理单元(PMU)的需求与调制解调器内核有很大的不同。调制解调器PMU必须考虑 DSP、微控制器、混合信号、射频、内存等多个部分。而多媒体处理器的电源管理需求就简单地多。在方案实现时，通常只需关心核心电压、I/O接口和连接的内存。

这种分区法意味着可以开发出更小的PMU，这又是一种混合分立元件的集成化解决方案。由于不同档次的手机需要不同的多媒体处理器，其电源需求也不像调制解调器内核那样固定不变。再用一片集成PMU的方案显然缺乏吸引力，对某些系统来说，采用较多分立元件可以提供较好的灵活性，并能使产品提前推向市场，所以是更适用的方案。由于多媒体处理器几乎是全数字化的，因此电源管理器件可以只针对数字电路的特性进行优化，如上电时间、线路与负载变化瞬态响应性能等。当多媒体电路长时间不工作时，等待电流或睡眠电流指标就很重要，要尽可能低，但又不能影响到大负载条件时的重新起动。处理器会在短时间内大量载入软件，因此，解决方案设计时要考虑峰值电流。

由于数字内核的电压经常低于标准锂电池的输出电压，较高的压差限制了线性稳压器的应用，于是转而采用其它的技术，如电感稳压器或电容稳压器。但是，由于电路中有大的开关电流和开关电压，这意味着在电路板布线和元件选择时要考虑EMI和辐射问题，于是增加了复杂性。

周边电路的电源需求

外部器件在手机中的使用是制造商实现产品差异化的手段。一般来说，这是手机设计中最灵活和变化最快的部分，所以大多数设计工程师都不得不寻找一种能最快实现的电源管理方案。最简单的办法就是采用线性稳压器。此时较小的电压降可提供较高的效率、小型尺寸、低成本和低噪声。但在今天，即使在电压降较高的情况下仍然会采用线性稳压器设计，为后端的稳压级提供较低的输入电压。周边器件部分的线性稳压器要设计成具有极低的待机静态电流，甚至对于电池寿命的影响可以忽略不计。因为周边器件应用的特点是经常处于长时间的待机状态，直至被手机用户激活。然而，低静态电流也意味着响应较慢，在某些应用中这种较慢的响应是可以接受的，因为用户不会注意到小于1ms的响应时间。

元器件优选

在手机设计中，不同位置元器件的规格和性能也各不相同。只有了解最终应用、成本构成、外形尺寸数据以及产品上市时间，设计工程师才能够选择正确的元器件和设计结构。

作者：Martin Moss 
产品市场经理 
美国国家半导体欧洲公司