智能手机电源管理IC简介

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智能手机电源管理IC简介

目前，在大多数智能手机中都有一个电源管理IC（PMIC），或者称为电源管理单元（PMU）。是一种特定用途的集成电路，其功能是为主系统作管理电源等工作。PMU承担着大部分供电任务和一些其他单元功能，如接口或音频。一些占市场主导地位的模拟半导体厂商提供PMU的定制、半定制和/或标准器件。一个电源管理IC示例的结构如图所示。

1.低压差线性稳压器
大多数智能手机中，一般会用到5～12个独立的低压差线性稳压器（LDO），LDO的数量如此之多并不代表终端内部存在同样多数量的电压规格，而是由于LDO还被当作具有一定电源抑制比（PSRR）的ON/OFF（导通/关断）开关来阻止噪声耦合。大多数LDO集成在PMU内部，但仍有时使用个别分离的LDO，这主要是考虑到PCB的布局/布线，一些特殊元件（如压控振荡器）对噪声过于敏感，或者用来驱动一些非标单元例如集成数码相机等。
一直以来，SOT-23封装的150mALDO是这些离散（分离的）电源的最佳选择。目前，一些最新面世的IC采用新型封装、新型亚微米处理工艺和先进的设计方案，能够以更小的尺寸提供更高的性能。现在可以获得SOT-23封装单个300mALDO或两路150mALDO的器件，或者微型SC-70封装获得单个120mALDO，兼有标准版和超低噪声（RMS值10µV、85dBPSRR）版的器件。此外，更为先进的晶片级封装（UCSP™）提供了最大可能的细小尺寸，而QFN封装则允许在3mm×3mm面积的塑料封装中装入最大的晶片尺寸，同时又提供更高的热传导能力。QFN封装可实现更高电流的LDO，和在每个封装内封装更多数量的LDO，其中可包含3～5个LDO，这就缩小了分离式方案和PMU之间的差异。
电源管理已日益成为一个战略性的竞争优势，特别是在通信、计算以及工业应用等领域。随着FPGA和SoC的不断发展，设计人员在下一代嵌入式系统中增加了大量混合信号功能，实现了以前无法企及的系统级性能。

2.用于处理器核的降压型（Buck）转换器
LDO具有简单、小尺寸等特点，其主要缺陷是效率较低，特别是为低压电路供电时效率问题更加突出。由于在新一代智能手机内部集成了PDA功能或互联网功能，要求处理器的数据处理能力、运算能力更加强大，为了降低功耗，处理器的内核电压不断降低，从1.8V降到了0.9V。为了降低电池损耗，应采用高效的降压型转换器为处理器内核供电。设计中需要考虑的主要因素有低成本、小尺寸、高效率、低静态（待机）电流和快速瞬态响应。为解决上述问题不仅需要丰富的模拟设计经验，还需要一定的独创能力。就目前来说，只有少数几家领先的模拟半导体制造商能够提供适当的、SOT-23封装、具有1MHz以上开关频率、允许选用微型外部电感和电容元件的降压型转换器。

3.为RFPA（射频功率放大器）供电的降压型（Buck）转换器
Buck转换器通常还被用于驱动CDMA射频功率放大器（PA），它会随着终端与基站之间距离的改变动态调节功率放大器的VCC电源电压。考虑了发送概率密度函数后，Buck转换器平均可节省40～65mA的电池电流。具体节省电流的数量取决于输出电压的级数、PA的特性，以及是在城区还是郊区发送语音或数据。
设计要求这种Buck转换器具有非常小的尺寸、低成本、低输出纹波和高效率等特点。SOT-23封装的转换器再次成为优选方案。为保持尽可能低的压降，通常采用一个分离的低RDS（ON）P沟道MOSFET，在高发送功率时直接由电池驱动功率放大器。为了进一步减小总体尺寸，最新的降压转换器集成了这个附加的FET。

4.LED驱动
在带有彩色显示屏的智能手机中，白色LED因其电路简单和非常高的可靠性现已成为背光应用中的主流。新一代智能手机一般使用3或4个白色LED在主显示屏中，两个白色LED在副显示屏中（折叠式设计），还有6个或更多白色或彩色LED在键盘的背面。如果集成有相机的话，还至少需要4个白色LED用于闪光灯/频闪和MPEG影像照明。这样，在一个手机内总共用到了16个甚至更多个LED，它们全部都需要恒流驱动。
目前，大多数设计中采用基于电感的升压转换器来获得更高的转换效率。新推出的1倍/1.5倍压电荷泵可以获得同样高的效率，而且省去了外部电感，只是与LED连接时需要许多引线。由于LED电源的市场非常大，不可胜数的IC被设计出来用于此目的。设计中需要考虑的因素包括高效率、小尺寸外部元件、低输入纹波（防止噪声耦合到其他电路）、简单的调光接口，以及其他一些有利于降低成本或增加可靠性的特性，例如输出过压保护。
一些PMU包括有白色LED电源，但通常不能驱动多个显示器或相机的频闪，而且可能存在效率低或开关速度过慢的问题。这就要求大尺寸的电感和电容，并产生很大的输入纹波。很多设计中常常需要采用一个分离的LED电源驱动IC与PMU配合工作，或直接选用高集成度的分离方案。

5.电池充电和管理IC
几乎所有手机都使用简单的线性充电器为3节NiMH电池或1节锂电池充电。很多情况下该充电器被集成到PMU内，不过，为了简化设计，检流电阻和调整管还是在外部。为了保证热耗散在容许范围内有许多措施可以选择：
（1）以C/4或更慢的速率充电；
（2）让适配器具有一定的阻性，使大部分电压降落在它上面；
（3）选用脉冲充电方式和限流型适配器；
（4）利用反馈调节适配器使调整管上的压差保持恒定；
（5）增加一个恒定热量控制环路，通过节制充电电流来保持恒定的晶片温度，这种方式只有在调整管置于PMU内部时才可用。
分离式充电IC具有很多灵活性，但在智能手机中这种优势大打折扣，因为集成式充电器很容易通过PMU的串行接口重新编程设置，使其适应不同的电池化学类型或容量。

PMIC的主要功用为控制电量流量及流向以配合主系统需要。在多个电源(例如，外部真流电源、电池、USB电源等)，选取、分配电力给主系统各部分使用，例如提供多个不同电压的电源，并负责为内部电池充电。因为使用的系统多以电池为电源，其多使用高转换效率的设计，以减少功率损耗。电源管理芯片的应用范围十分广泛，发展电源管理芯片对于提高整机性能具有重要意义。

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| 发布时间：2019.06.25 来源：电源适配器厂家

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