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【技術文章】現代無線電話的電源管理:滿足子系統的設計需求

【技術文章】現代無線電話的電源管理:滿足子系統的設計需求

電源管理的發展趨勢,正由產品要加入更多功能的需求所推動。集成無線設備,例如智能電話便結合了多種功能於一身,包括蜂窩電話、PDA、數碼相機、音樂播放器GPS,這會進一步突破技術的界限,而電源管理也不例外。本文將討論當今最先進蜂窩電話設計所使用最新的電源管理產品。

圖1 採用FAN5613的白光LED驅動器偏置電流方案

圖2 主板分散式電源管理系統的示例

智能電話子系統
先進的智能電話系統(配有手機和AC適配器/充電器)由五個主要電路板組成:顯示板、基帶主板、鍵盤板、鋰離子電池板及AC適配器板,還為數碼相機、藍牙或其它功能提供附加模塊。相應地,電源管理也分成五個子系統。
顯示板上的LED驅動器IC及四個白光LED;
鍵盤板上的LED驅動器及八個白光或藍光LED;
主板上的電源管理IC ;
電池組中的鋰離子保護電路和電量測量IC及MOSFET;
AC適配器板中的離線控制IC。

顯示板
單色顯示器的背光可由不同顏色組成,一般採用四個相同顏色的LED燈。智能電話的彩色薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)僅需要白色背光。白光LED二極體的正嚮導通電壓低(約為2.7V),只需簡單的DC電流即可發光。因此,電壓僅為3.1V的DC電源VDD必須為這些器件施加偏壓。由於偏置電壓低,四個LED因而可直接使用單個鋰離子電池供電,而鋰離子電池正是蜂窩電話的供電源。
單片四LED驅動器(如飛兆半導體的FAN5613)採用微型MLP 8引腳封裝,為每個二極體提供40mA偏置電流(見圖1)。
由於連續時間電流控制會影響色彩的一致性,因此可通過開關引腳,採用脈寬調製電源激勵 LED,來增強色彩的逼真度。
鍵區板
與顯示板的配置類似,鍵盤板也是採用LED燈照明,並通常使用八個白光或藍光LED。如果使用藍色背光,可用八個QTLP601C-EB InGaN/藍寶石表面貼裝LED,由兩個FAN5613 LED驅動器驅動。

圖3 採用FDW2508D實現電池內電量測量和保護

圖4 單個鋰離子電池的AC適配器

主板
絕大多數電子組件都集中在主板上,從基帶DSP、應用MCU到收發器及模擬介面。其中,每個模塊均由專用穩壓器供電。隨著智能電話的複雜度不斷增加,對電源管理的要求也愈發嚴格。要達到這個要求,可採用基帶處理器內的電源管理器,通過邏輯信號與外界進行通信。在電源方面,穩壓器可以接收邏輯信號並執行相應的操作。
在某些情況下,所有穩壓器要求通過直接的邏輯信號,進入輕載操作、休眠模式或關機模式。在其它情況下,例如為基帶處理器供電時,電源管理會變得更加複雜,需要電壓源隨所處理任務的變化而改變,提供剛好所需的功率。在這種情況下,穩壓器需要與D/A轉換器及串列匯流排相耦合,以便與主微控制器進行通信。這樣的電源管理方案在筆記本電腦及電池供電的設備中很常見,並早就超過了智能電話今日才達到的複雜性。(筆記本電腦所採用流行的電源管理方案為英特爾的Speedstep及AMD的PowerNow。)
圖2是主板分散式電源管理方案的示例,將簡單的降壓式轉換器、SMBus串列至并行介面(如FM3570)組合在一起,讓CPU能以5位D/A轉換器解析度驅動Vcore電源。開關及線性穩壓器的組合,可在簡單與高性能之間取得最佳平衡,通過一個專用邏輯引腳即能關閉所有器件。

電池組
電池組內的電源管理主要包括鋰離子電池保護電路、電量測量IC及MOSFET。保護電路會測量電池電壓,一旦發現超出充電閾值,即會打開旁路晶體管。電量測量可用於顯示電池充電的狀態,預測電池供電操作的剩餘時間。圖3為電池內電路的示例,採用雙MOSFET FDW2508D作為保護部分的旁路晶體管。

AC適配器
AC適配器板可進行AC線路整流,將電壓降至可由主板控制的直流低電壓,或直接轉換為單個鋰離子電池所需的恆定電流/恆定電壓充電演算法,然後起著適配器及充電器的功能。而只有前者的情況才需要主板上的充電器。在圖4中,AC適配器/充電器基於離線開關結構,能達到最佳工作效率。在這個示例中,高壓產品FSDH0165直接通過AC線路供電,並集成了功率DMOS晶體管以降低複雜度。

結語
現代無線電話所採用的電源管理通常分為五個主要的子系統,每個系統具有各自的集成特性。主板需要很多低壓電源,因此集成度較高。與之相反的是AC適配器(或適配器/充電器),需要高壓(600-800V)及相對於低壓側的流電隔離。鍵盤板和顯示器板可採用相同級別的技術,即LED和LED驅動器,而電池內的電路則是另一個獨特的區域,需要真正的混合信號技術進行電量測量和保護。

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