手機(jī)電視、手機(jī)游戲以及音頻播放等多媒體應(yīng)用向手機(jī)中的電源管理設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)。手機(jī)設(shè)計人員需要在加入新的多媒體功能的同時，保持手機(jī)小巧的外形并維持電池的長壽命。新應(yīng)用處理器提供了出色的新功能，但代價是功耗更高。新的AV功能意味著音樂回放時間更長，由此音頻放大的效率必需更高，從而延長回放時間。而且，當(dāng)手機(jī)上的AV功能變得更成熟時，音頻質(zhì)量和輸出功率的要求也會更高。在本文中，我們討論了一些解決方案，可以幫助設(shè)計人員應(yīng)對這些與新型多媒體手機(jī)電源和音頻放大有關(guān)的挑戰(zhàn)。

新應(yīng)用處理器的電源

為了使手機(jī)外形小巧，使用集成電源管理單元（PMU）是非常普遍的。PMU的優(yōu)點(diǎn)是簡化了電源設(shè)計，而且與使用幾個分立元件電源解決方案相比，減小了解決方案的總體尺寸。但是，相反的是，多媒體功能的快速發(fā)展增加了獨(dú)立穩(wěn)壓器的使用。由于新應(yīng)用處理器增加了多媒體特性，所以現(xiàn)有的PMU不足以滿足其日益提高的電源要求。另一方面，手機(jī)開發(fā)的時間越來越短，使設(shè)計人員不能等待PMU的升級。因此，獨(dú)立穩(wěn)壓器被用于提供新手機(jī)所需的額外系統(tǒng)功率。

除了考慮解決方案的成本因素外，選擇獨(dú)立穩(wěn)壓器最重要的三個標(biāo)準(zhǔn)是（不同設(shè)計的優(yōu)先考慮因素不同）：1.低噪聲：穩(wěn)壓不能產(chǎn)生干擾周圍射頻系統(tǒng)的噪聲或EMI。2.功耗低：這意味著完全工作時效率高，且在輕載和待機(jī)狀態(tài)下電流小。3.解決方案尺寸小（大小和高度）：穩(wěn)壓器必需在一個高度低的封裝內(nèi)，而且外部無源元件也要細(xì)小。

同步步降轉(zhuǎn)換器的功耗

新處理器的理想穩(wěn)壓器是DC/DC步降轉(zhuǎn)換器，其電源效率高（超過90%），因此對板的散熱也較小。圖1顯示了集成了MPEG-4編解碼器的手機(jī)平臺系統(tǒng)框圖。同步步降轉(zhuǎn)換器NCP1521用于提供芯片組的芯核電壓和I/O電路的電源電壓。內(nèi)置同步整流器后，此降壓轉(zhuǎn)換器不需要外部肖特基二極管，它提供了優(yōu)異的效率，完全工作時效率范圍在90%到96%之間。它提供的可調(diào)電壓在0.9V和3.3V之間，輸出電流高達(dá)600mA。

在手機(jī)中，當(dāng)微處理器長期處于待機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入輕載區(qū)域，效率將降到90%以下。為了降低長期待機(jī)時的功耗，NCP1521提供了一種解決方案，可以自動從高頻PWM轉(zhuǎn)換到脈沖頻率模式（PFM），其開關(guān)頻率與負(fù)載成正比，因此在輕載情況下產(chǎn)生的功耗較小。

尺寸小的解決方案

為了減小解決方案總體尺寸，新的降壓轉(zhuǎn)換器使用的開關(guān)頻率在1MHz和2MHz之間。為了展示開關(guān)頻率的效果，我們采用市場上的1MHz步降轉(zhuǎn)換器，它使用優(yōu)化的L-C濾波器值：L=10uH，Cout=10uF。對開關(guān)頻率為1.5MHz的NCP1521，它要求的輸出濾波器為：L=2.2uH，Cout=10uF。同樣地，振蕩頻率為3MHz的NCP1522，優(yōu)化的L-C濾波器值是L=2.2uH，Cout=4.7uF。結(jié)果總結(jié)如表所示。

表1：L-C濾波器值與轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的比較

這一比較表明，開關(guān)頻率越高，所需的電感和輸出電容越小，因此解決方案的總體尺寸也越小。在PCB空間高度受限的多媒體手機(jī)設(shè)計中，建議采用開關(guān)頻率較高的NCP1522，以減小解決方案尺寸，并降低無源元件的成本。

引腳尺寸為3x3的SOT23-5是目前同步步降轉(zhuǎn)換器的業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)封裝。但市場上有更小的封裝選擇（如芯片級和DFN封裝），以滿足設(shè)計人員進(jìn)一步降低解決方案尺寸的需求。