消费性掌上型产品之电源管理需求

文章摘要：消费性产品，特别是掌上型装置近来就和许多其它装置一样，在复杂度上有大幅度的提高，像是关闭单槽式电池便需大量的电压等级，或是当电池充电时需要壁充型充电器。在这些装备上的电源供应必须将单一电压等级转换成提供不同电压供处理器、DSP、ASIC、SDRAM、随身碟和具备LED背光的LCD使用。除此之外，对于不同电压的处理器、DSP和FPGA等装备电压等级必须低到1.2V并接近0.9V，让系统的容错度更严谨而且需要一种更精确的方式来保持这些电压等级在规格之内。在其它特别严苛的情况下，堆栈式白色LED背光便需要高达30V并具备精确的电流控制来依序提供10个白色LED电源。对于更复杂的案例，所有这些装置同时

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消费性产品，特别是掌上型装置近来就和许多其它装置一样，在复杂度上有大幅度的提高，像是关闭单槽式电池便需大量的电压等级，或是当电池充电时需要壁充型充电器。在这些装备上的电源供应必须将单一电压等级转换成提供不同电压供处理器、DSP、ASIC、SDRAM、随身碟和具备LED背光的LCD使用。除此之外，对于不同电压的处理器、DSP和FPGA等装备电压等级必须低到1.2V并接近0.9V，让系统的容错度更严谨而且需要一种更精确的方式来保持这些电压等级在规格之内。在其它特别严苛的情况下，堆栈式白色LED背光便需要高达30V并具备精确的电流控制来依序提供10个白色LED电源。对于更复杂的案例，所有这些装置同时间由于可靠度和节约电池寿命等原因，都必须在不同时间开启或关闭。如果无法符合上述需求则性能会马上降低，像是总线冲突、电池寿命缩短或是装置被占用等不良状况都会提高。

在移动式设计和解决方案上的设计挑战可强化电池寿命，但也必须追得上系统改变和性能强化等条件。为了符合这些挑战，目前趋势是朝向可

 程序的多样化输出DC-DC电源管理装置，并具备数字元元式控制来容许简单的输出电压等级之软件量身订制，和电源排序需求。由于系统供应需要快速改变，一种新的“平台解决方案”可改变来符合任何型式的系统电源供应需求以减轻设计者的工作。这可藉由指定一个电源区块来达成，而这个区块必须在不同应用领域上标准化并可数字式设定到不同需求上。

多种不同电压之DSP、FPGA、LED背光及LCD显示等组件的大量增加，和其它在掌上型应用装置上所建立出的需求，将提供一种数字式可程序化电源管理控制功能，以符合急迫的大量电源供应需求，并提供装置在移动装备上使用，如(图一)所示。

《图一　典型掌上型装置电源管理系统》

 ＜图注:典型掌上型电源管理系统由于电源管理是可完全设定的，若系统区块改变，管理者也随之改变。图中共有八个电压输出，其中包含三个同步PWM〝buck〞降压转换器、一个可设定的PWM〝boost或buck〞转换器、三个可设置的PWM〝boost〞升压或反转转换器、一个Low Dropout（LDO）线性整流器，和一个可完全程序化的锂离子电池充电器。＞

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《图三　详细架构显示LED驱动器，高达10个LED可以序列方式连接；并透过I2C总线进行程序化亮度控制。》

模拟式处理也让MOSFETS电源整合到适当之处，同时PWM可在不同程序化频率下操作以减少外接组件尺寸。如果依据如此进行设计，则DSP需要非常高的时脉和相关的高分辨率AD转换器来提高精确度，而数字元元化方式也要承受有关量化错误的问题，一个完全程序化的电源供应装置具有整合式非易变性（NV）负载平衡模拟式PWM控制器来提供在任何电源系统上的电源管理需求。这项程序化能力可容许高性能模拟信号在处理和温度上具有0.5％精确度，并且在基本的较低成本组件上使用一具有非易变性模拟负载平衡的标准数字CMOS处理。透过NV程序化/再程序化的弹性和可设定的硬件功能，以及使用一数字元式接口而具备可程序化模拟参数到系统和GUI研发工具上，都使得标准化很容易达成，由于这是一种模拟功能，高度整合了电源的供应并使用可程序化电源控制来调节。

 完整的弹性，一系列的装置均具有完整程序化电源供应并具备整合式PWM控制器的特色，用来监控、差异化和递减排序以提供在掌上型电源系统中所有需要的电源管理需求，这一系列的装置可设定在五个或更多信道上，而电池充电器的功能可符合大多数的需求。一个可能选项范例如(图二)所示。系统可设定为具有5个电压输出再加上参考值，包括：可设定的同步PWM“buck”降压转换器，PWM“boost”升压转换器，PWM“buck-boost”负向DC-DC转换器，和LDO呈现出±0.5％的整体精确度，并具备弹性来设计任何系统组态。一个IC双线系列总线可用以程序化电压程度和监控状态。

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