智能手機電源管理模塊的設計

蘆昱昊

摘 要 隨著國民生活質量的不斷提高，電子產品更新換代的速度也越來越快。通訊產品中的電源動力系統一直是開發者關注的重點，也是用戶選擇智能手機的關鍵選項，因此對智能手機電源管理模塊的設計分析是十分必要的。

【關鍵詞】智能手機 電源模塊 設計管理

手機行業的發展變化可謂是日新月異，近年來肉眼可見的黑白屏到彩色屏、僅有通話功能到目前的各種實用應用，都是智能手機功能進步的體現。然而這些復雜功能的實現都是需要穩定的電源系統作為支持的，因此開展電源模塊的電壓以及效率設計管理是為智能手機的良好發展前景奠定基礎。

1 智能手機電源管理模塊的設計原則

智能手機的設計過程是設計師明確消費者對設備要求下進行的，因此需要從體積、重量、續航時間上等多方面進行詳細考慮。智能手機體積的縮小處理是針對系統集中功能和元件封裝技術的體現，因此需要考慮到減小PCB板后產生的各種影響。在體積和重量都有限制的情況下，提高電池的容量和密度是最佳的創新選擇，同時注重電源系統在工作狀態下的轉化頻率，也是處理續航時間的主要方案。由此可知，電源管理模塊的轉化率和能耗是手機改革重點，手機廠家需要從電能轉化的效率和電源的使用效率兩方面提高設備的科技含量，制造出具備高性價比和滿足消費者需求的優勢產品。

2 智能手機電源管理模塊的設計分析

2.1 PMU

市面上很多電子產品需要根據實際功能調節出不同電壓的電源，也就意味著電池在供電的同時還需要根據芯片迅速轉換電壓，轉換期間的功率損耗也應當保持在規定范圍之內，同時該電源模塊還需要維持電源的充電安全。這樣的新型電源模塊電路被稱作是電源管理單元，英文縮寫為PMU，是為提高電源轉化效率和降低能耗的電源管理方案。PMU的構架分為集中式和分布式，但是二者共同存在的幾率很小，設計者需要在系統劃分之初決定好使用哪種方案。集中式是僅執行PMU附近的單一處理器進行電壓調節和電源切換工作，而分布式系統則是作用于每一個電源子系統上。二者的選擇重點是從智能手機應用的數量和響應速度的要求，同時還要考慮到電源模塊管理過程中的間隔距離。通過比較來看，PMU分布式的方案較集中式的靈活一些，只需要在系統之間加入一根電源軌，作為所有外圍的電源連接線，那么每一個外圍電路都會使用該電源軌完成電源模塊的管理工作。而PMU集中式方案需要預先了解到外圍連接的區域，同時還要保障連接組合的實用性和有效應，設計和管理上都較分布式復雜很多。

2.2 DPM

DPM是智能手機運行期間對時鐘或是電壓進行動態管理達到提高電源效率的作用，由于該功能和系統運行的狀態和應用開發密切相關，因此常常使用軟件來完成DPM的實現。智能手機的工作模式調節往往是降低能耗的主要方式，因此DPM與設備的主CPU密切聯系，從定義科學合理工作模式的角度提高電源的使用效率。中心管理系統在設備主頻確定的情況下對工作模式做出了四種設定，分別是工作模式、空閑模式、休眠模式和關機模式。根據對四種狀態設備的調查可以發現，工作模式中消耗的功率比其他的模式要大得多，因此在用戶沒有對手機進行頻繁操作時進行合理模式的轉化，是提高手機電源使用效率的基本原則，同時在用戶使用設備功能時快速轉換工作模式，恢復正常的使用功能也是提高用戶感受的直接方案。智能手機的運行過程不僅僅要對軟件的運行進行控制，還要從硬件連接的角度降低空閑外設的啟動頻率。目前智能手機已知可連接的外部硬件系統有攝像機、藍牙系統、紅外適配器、功率放大器、投影系統等等，但是很多功能都是在系統正常運行時處于空閑狀態的，不能及時關閉就會形成電源模塊不必要的消耗，影響電源的使用壽命。因此需要DPM開啟設備主CPU對空閑外設的進行適時的關閉，降低電源模塊的能耗提高智能手機的使用效率。

2.3 LDO

LDO是在傳統線性電壓調節器的基礎上進一步提高的電壓轉換的準確性，用來處理對電壓輸入極其嚴格的芯片工作要求。LDO通常使用的電壓傳遞設備被稱為PNP，該功率晶體管處于飽和狀態的時候，電壓調節器可以處于很低的電壓范圍，而傳統的電壓調節器的壓降數據為LDO的十倍，很難滿足芯片對于負載降壓的極致要求。因此為適應目前大量應用的鋰離子電池的較低輸出電壓需求，LDO是較為科學的穩壓器選擇之一，該系統對輸出電壓和輸入電壓相近的電源模塊管理有較大優勢，即使在電源的能量剩余不多，LDO也能對電壓做出平穩的處理，保障其設備的工作時長。根據生產技術的不同，LDO穩壓器也分為很多類型，常見的類型有Bipolar、CMOS、BiCMOS等，隨著成本和市場壓力的變化，CMOS成為了目前電子設備市場的主流產品。LDO從組成上分析是對于電壓調節的微型反饋系統，是由二極管、電阻系統、保護系統等一系列功能電路集成的芯片，因此對智能手機的性能、噪聲、PSRR和啟動時間等參數都有影響作用。在進行智能手機布線時需要從LDO的穩定性和響應能力進行考慮，還有對音頻部分的干擾和噪聲的輸出，這直接關系著設備的外放能力和電源模塊是否干凈，如圖1所示。

3 結束語

綜上所述，智能手機電源管理模塊的設計方案多種多樣，但是基本的原則都是提高電能的轉化率和使用率達到高性能的目的。便攜式電子產品的使用在近年來越來越普及，在管理系統一致的情況下優化電源管理模塊的設計則會成為企業提高市場競爭力的重要抉擇。

參考文獻

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作者單位

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