RF“睡眠模式”可延长手机的电池使用时间

现代的手机具有比以往产品复杂得多的电路，仅是让接收器、音频和处理器一直运行着等待一个电话就会迅速耗尽电池的电量。

对许多产品来说，很多时候都是器件“开着”但并没在使用。处于“待机”状态的手机就是最明显的这类例子。用户将手机“开着”等待来电，但事实上它大部分时间什么事都不做。

手机大部分时间什么事都不做这一事实可被用来延长电池寿命。手机中的处理器完全可以在大部分时间都把很多功能关掉。它要仔细地规划醒来后的时间，以便检查是否有来自基站的传呼信号，验证是否还在覆盖范围内，在必要时切换到一个新蜂窝，以及检查是否有来电。由于呼叫方的耐心也许有限，因此来电通知不会持续很长时间。尽管让接收器长时间关着可以节省电池使用时间，但经常打开它听听来电可减少错过来电的情况。

不连续接收和发射

GSM系统具有称为“不连续接收”(Discontinuous Receive，DRx)的节电方案。具体情况是，手机一直睡眠，每隔几个“多帧”(大约相当于八分之一秒的时间段)才醒来一次。系统可以指示手机每秒4次醒来检查是否有来电(DRx2)，或大约每秒1次(DRx9)醒来。这种作法牺牲的是检测到来电所需的时间。在DRx操作中，处理器将关闭接收器并使自己进入低功耗的睡眠模式。一个内部定时器会在经过适当的睡眠时间之后重新启动处理器。

醒来的过程实际上相当复杂。在处理器醒来之后，它必须开启RF电路的DC电压。首先它要打开并调整合成器使之有机会稳定，然后它要打开接收器的各个模拟放大器部分并指示它们执行各自的校准例程。天线开关要切换到“接收”，并且RF前端要开启。DSP要启动并开始转换收到的突发数据。一旦接收到了数据，接收器的RF和模拟部分就会关闭，同时DSP会完成对已接收数据的解码，然后处理器将决定如何处理这些数据。除非处理器需要根据这些数据采取行动，否则它就会让自己进入睡眠，直到下次被唤醒。

我们是可以简单地在突发接收之前提前足够多的时间就将所有东西都打开，以便使合成器可以调整好，并使DC自适应例程得以进行，但如果把各种电路的开启时间错开以便它们只在需要时才开启，那么几微秒的时间就可以节省几十毫安。其结果可能是，待机时的平均电流消耗可以节省多达10%，这显然相当于待机时间增长了10%，从而可能使你的产品具有竞争优势。

在GSM手机通话期间，RF电路的时序也是类似的，但突发接收的发生要频繁得多，大约每4.6毫秒一次，同时突发接收与突发发射混杂在一起。对于GSM所用的时隙，接收器和发送器RF以及模拟部分每个都开启约八分之一的时间。显然发射期间的功率放大器是最耗电流的，但具体消耗多少则不一定，因为对RF输出功率进行了动态控制使其信号强度刚好足够达到基站。此外，GSM还有一项称为“不连续发射”(DTx) 的功能，它使发射器在用户没有说话时跳过发射脉冲。这一功能延长了电池使用时间，因为几乎每个人用电话时都有50%的通话时间是只听不说的。定期发射脉冲仍然是需要的，以便使网络可以确认电话仍在覆盖范围内并且仍在通话中。

平衡功能的开与关

在实际的手机通话期间，尽管RF部分可以一会开一会关，但手机其它大部分电路，尤其是音频电路，在整个通话期间是一直开着的。麦克风的偏置、放大和数字化通道必须一直连续运行，因为用户随时可能讲话。扬声器的接收音频可以一会开一会关，因为只有在接收到的数据中包含有必须送给用户的语音时才需要它。音频放大器的模拟部分也将一直开着，这样可避免开关DC所引起的“噗”声和“卡啦”声，并可放大背景中的“舒适噪音”以便让用户知道他仍在通话中。但当远端的通话方没在讲话时，就不需要将接收到的数字数据处理成模拟语音，从而使DSP的一部分能够放慢工作速度或部分关闭以节省功耗。

其他会耗电的功能，例如背光或可照亮用户面庞的闪烁式多彩背光键盘，可随用户的意愿而打开，另外，虽然LED驱动电路和升压DC-DC变压器是为实现最高效率而设计，但用来点亮LED的电流通常不包括在估算通话时间时所用的电流值中。

通常情况下，大部分这些功能都被控制成一会开一会关。诸如DC漂移自适应等命令以及送给合成器的频率信息是通过一条SPI总线以极高速率发送的。通过将功率调节器、音频及其他电源管理功能集成到一片IC中，芯片使能引脚的数量被降至最少，并且用一个命令就可以控制多个功能。

另一种流行的电池驱动设备是PDA，所以更长的电池寿命也是市场所期望的。PDA其实也只有部分时间在工作，如果PDA有无线功能的话，那么它将具有类似于手机的待机唤醒甚至发送与接收时序，并可在RF部分使用类似的技术来延长电池使用时间。但即使没有无线功能的PDA也可以使用一些电源管理技术来延长电池使用时间。

作者：Bill Poole

系统及应用工程师

Motorola SPS