Reno Rossetti/飞兆半导体公司计算和超便携产品企业战略总监
Madhu Rayabhari/飞兆半导体公司功率管理部市场部总监

    本文将讨论高端手持消费设备所带来的挑战，尤其是对于功率管理的挑战，还会探讨新的解决方案和未来发展趋势。

    虽然现今一般的手机都是GSM/GPRS黑白屏幕或同类型款，然而，手机市场正迅速朝着集成彩屏、相机和个人信息管理 (PIM) 装置的方向发展。举例说，预计2006年结合丰富语音和数据功能的智能电话的付运量将大于同年的笔记本电脑，并且远远超越单一功能产品的付运量，如数字相机和PDA。

    了解这个发展趋势后，我们几乎不会怀疑，今天看来异常创新的新兴手机和手持式产品应用，如视频流和高质量数字媒体回播等，将很快成为高端手机的基本功能，甚至市场主流。

复杂性增加而开发周期缩短

    今天OEM厂商于复杂的市场之中运作，涉及不同的通信平台 (第二代或2G平台如GSM、TDMA和CDMA，以及3G平台如W-CDMA和CDMA2000)，而且模式各不相同。

    为了使这些应用取得最佳的上市时间，单一平台的参考设计通常依赖于相对刚性的“核心”芯片组，而更灵活的外围器件则在给定的平台中体现各个模式的差异性。

图1. 手机主板框图

    图1所示为带有基带部分的核心芯片组，包括处理数据的应用MCU、用于语音的DSP、闪存、RF部分 (带有接收RX和传送TX区块)，以及功率管理单元 (PMU)部分。

    围绕这个核心芯片组是一系列附加模组，如应用于无线耳机的短距离无范围(un-tethered) 数据传输蓝牙装置、相机、LCD模组及其它。这些区块需要辅助PMU提供额外的功率。

功率管理单元 (PMU)

    由于PMU支持智能负载的数量和性能不断提升，所需的功率管理单元日益精密，能够提供远远超出稳压、充电和燃料计量等基本的功能。

    在精密的手机系统中，PMU可能需要编程，以便通过协议的软件实施而成为特定的平台，并能够通过串口 (I2C总线或类似总线) 与主CPU通信。这便是根据负载需求 (重型、轻型或中等操作模式) 调整功率供给模式，并且承担许多关键功能，例如在通信总线失效时设定加电顺序 (包括启动顺序)。

    这种PMU可通过不同程度的集成来实现，或许在开始时可采用多芯片解决方案，以缩短上市时间，然后根据批量和其它考虑进行向上集成，纳入单一封装中 (多芯片封装或MCP)，甚至集成为单片IC。

图2. 功率管理单元 (PMU)

    图2所示为基于微控制器的功率管理架构，提供所有的硬件和软件功能，如上所述，采用多芯片方式来实现。设定这个单元需要权衡许多因素。锂离子低压 (典型值3V)电源有助于提高标准CMOS器件的集成度，但如与外部AC适配器接口的充电器需要集成，这个选择就会遇到麻烦，在这种情况下，工艺技术所需耐受的电压便远高于CMOS的标准5V电压。

   某些稳压器 (如为CPU供电的降压转换器) 需要提供持续升高的功率水平，这在单一CMOS架构的电路板上难以实现。在这种情况下，使用超小型BGA封装的P沟道DMOS分立晶体管，如FDZ299P，将有助于解决问题。最终，如果成本允许使用高掩膜数，功能强大的混合信号双极CMOS-DMOS (BCD) 工艺可实现真正的单片解决方案，以处理电压电流和栅极数量的复杂性。如图所示，手机中每个子系统均需本身特定的供电“风格”；RF部分的低噪声LDO；以及其它部分的低功耗LDO。还需要使用高效的降压转换器，用于高耗能处理器；与LED驱动器相结合的升压转换器，用于LED阵列；以及充电时将锂离子电池与外部交流适配器相连的线性充电器。

微控制器

    如PMU部分所述，微控制器 (其方框图见图3) 是功能丰富的手机或智能电话功率管理单元的基础。例如，飞兆半导体的ACE1502 (算术控制器单元) 系列微控制器具有全静态CMOS结构。这种低功耗的小型器件是专用可编程单片IC，适用于需要高性能的超便携设备。其核心为8位微控制器、64字节RAM、64字节EEPROM和2/k字节编码EEPROM，而片上外设还包括多功能16位定时器、监察器和可编程欠压检测及复位装置和时钟。这种器件具有高集成度，可采用小型SO8封装，这个区块并可通过单裸片或共封装形式，进一步向上集成为更复杂的系统。

图3. 微控制器架构

    使用微控制器为PMU添加智能时需要考虑的另一个重要因素，是电池在工作和待机模式下的损耗。理想的设计可实现极低的待机电流。