随著(zhe)手機的(de)功能越來(lái)越多(duō)，用(yòng)戶對(duì)手機電池的(de)能量需求也(yě)越來(lái)越高(gāo)，現有的(de)锂離子電池已經越來(lái)越難以滿足消費者對(duì)正常使用(yòng)時(shí)間的(de)要求。對(duì)此，業界主要采取兩種方法，一是開發具備更高(gāo)能量密度的(de)新型電池技術，如燃料電池；二是在電池的(de)能量轉換效率和(hé)節能方面下(xià)功夫。
爲手機提供電能的(de)技術在最近幾年雖有不少創新和(hé)發展，但是還(hái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足手機功能發展的(de)需要，因此如何提高(gāo)電源管理(lǐ)技術并延長(cháng)電池使用(yòng)壽命，已經成爲手機開發設計中的(de)主要挑戰之一。
同時(shí)，設計者還(hái)必須明(míng)白消費者對(duì)手機的(de)要求，這(zhè)主要體現在以下(xià)幾個(gè)方面：第一，體積小。這(zhè)要求提高(gāo)系統的(de)集成度，縮小元器件的(de)封裝體積，減小PCB闆的(de)面積，這(zhè)可(kě)能會增加設計中解決電磁幹擾（EMI）的(de)難度。第二，重量輕。要求使用(yòng)高(gāo)效能的(de)電池，在有限的(de)體積和(hé)重量下(xià)，提高(gāo)電池的(de)能量密度。目前大(dà)部分(fēn)手機都使用(yòng)單節锂離子或锂聚合物(wù)的(de)電池，容量爲850-1000mAH。第三，通(tōng)話(huà)時(shí)間長(cháng)。要求提高(gāo)工作時(shí)對(duì)電池中電能的(de)轉換效率，減少待機時(shí)的(de)漏電電流，提高(gāo)使用(yòng)效率。第四，價格便宜。要求産品的(de)方案集成度高(gāo)，分(fēn)立器件少而且成本低廉。第五，産品更新快(kuài)。要求元器件簡單易用(yòng)、便于設計使用(yòng)，硬件軟件平台統一，便于增加新的(de)功能和(hé)特色。
因此，手機的(de)電源管理(lǐ)要在進行手機系統方案設計時(shí)綜合考慮，平衡省電、成本、體積和(hé)開發時(shí)間等多(duō)種因素，進行最佳選擇。總的(de)來(lái)講，可(kě)以從提高(gāo)電能的(de)轉化(huà)效率和(hé)提高(gāo)電能的(de)使用(yòng)效率兩方面著(zhe)手進行手機的(de)整體電源管理(lǐ)。
一、提高(gāo)電能的(de)轉化(huà)效率
随著(zhe)對(duì)電源管理(lǐ)要求的(de)不斷提高(gāo)，手持設備中的(de)電源變換從以往的(de)線性電源逐漸走向開關式電源。但并非開關電源可(kě)以代替一切，二者有各自的(de)優勢和(hé)劣勢，适用(yòng)于不同的(de)場(chǎng)合。
線性電源
LDO具有成本低、封裝小、外圍器件少和(hé)噪音(yīn)小的(de)特點。在輸出電流較小時(shí)，LDO的(de)成本隻有開關電源的(de)幾分(fēn)之一。LDO的(de)封裝從SOT23到SC70、QFN，直至WCSP晶圓級芯片封裝，非常适合在手持設備中使用(yòng)。對(duì)于固定電壓輸出的(de)使用(yòng)場(chǎng)合，外圍隻需2到3個(gè)很小的(de)電容即可(kě)構成整個(gè)方案。
超低的(de)輸出電壓噪聲是LDO最大(dà)的(de)優勢。但LDO的(de)缺點是低效率，且隻能用(yòng)于降壓的(de)場(chǎng)合。LDO的(de)效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比：η=Vout/Vin。在輸入電壓爲3.6V（單節锂電池）的(de)情況下(xià)，輸出電壓爲3V時(shí)，效率爲90.9%，
而在輸出電壓爲1.5V時(shí)，效率則下(xià)降爲41.7%。這(zhè)樣低的(de)效率在輸出電流較大(dà)時(shí)，不僅會浪費很多(duō)電能，而且會造成芯片發熱(rè)影(yǐng)響系統穩定性。
開關式電源
電感式開關電源是利用(yòng)電感作爲主要的(de)儲能元件，爲負載提供持續不斷的(de)電流。通(tōng)過不同的(de)拓撲結構，這(zhè)種電源可(kě)以完成降壓、升壓和(hé)電壓反轉的(de)功能。
電感式開關電源具有非常高(gāo)的(de)轉換效率。在産品工作時(shí)主要的(de)電能損耗包括：内置或外置MOSFET的(de)導通(tōng)損耗，主要與占空比和(hé)MOSFET的(de)導通(tōng)電阻有關；動态損耗，包括高(gāo)側和(hé)低側MOSFET同時(shí)導通(tōng)時(shí)的(de)開關損耗和(hé)驅動MOSFET開關電容的(de)電能損耗，主要與輸入電壓和(hé)開關頻(pín)率有關；靜态損耗，主要與IC内部的(de)漏電流有關。
在電流負載較大(dà)時(shí)，這(zhè)些損耗都相對(duì)較小，所以電感式開關電源可(kě)以達到95%的(de)效率。但是在負載較小時(shí)，這(zhè)些損耗就會相對(duì)變得(de)大(dà)起來(lái)，影(yǐng)響效率。這(zhè)時(shí)一般通(tōng)過兩種方式降低導通(tōng)損耗和(hé)動态損耗，一是PWM模式：開關頻(pín)率不變，調節占空比。二是PFM模式：占空比相對(duì)固定，調節開關頻(pín)率。
電感式開關電源的(de)缺點在于電源方案的(de)整體面積較大(dà)（主要是電感和(hé)電容），輸出電壓的(de)紋波較大(dà)。在PCB布闆時(shí)必須格外小心以避免電磁幹擾（EMI）。
爲了(le)減小對(duì)大(dà)電感和(hé)大(dà)電容的(de)需要以及減小紋波，提高(gāo)開關頻(pín)率是非常有效的(de)辦法。
電容式開關電源
電荷泵是利用(yòng)電容作爲儲能元件，其内部的(de)開關管陣列控制著(zhe)電容的(de)充放電。爲了(le)減少由于開關造成的(de)EMI和(hé)電壓紋波，很多(duō)IC中采用(yòng)雙電荷泵的(de)結構。電荷泵同樣可(kě)以完成升壓、降壓和(hé)反轉電壓的(de)功能。
由于電荷泵内部機構的(de)關系，當輸出電壓與出入電壓成一定倍數關系時(shí)，比如2倍或1.5倍，最高(gāo)的(de)效率可(kě)達90%以上。但是效率會随著(zhe)兩者之間的(de)比例關系而變化(huà)，有時(shí)效率也(yě)可(kě)低至70%以下(xià)。所以設計者應盡量利用(yòng)電荷泵的(de)最佳轉換工作條件。
由于儲能電容的(de)限制，輸出電壓一般不超過輸入電壓的(de)3倍，而輸出電流不超過300mA。電荷泵特性介于LDO和(hé)電感式開關電源之間，具有較高(gāo)的(de)效率和(hé)相對(duì)簡單的(de)外圍電路設計，EMI和(hé)紋波的(de)特性居中，但是有輸出電壓和(hé)輸出電流的(de)限制。
二、提高(gāo)電能的(de)使用(yòng)效率
在手機中，減少能量的(de)浪費、将盡量多(duō)的(de)可(kě)用(yòng)電能用(yòng)于實際需要的(de)地方，是省電的(de)關鍵。
手持設備電源系統一般結構
信号處理(lǐ)系統
信号處理(lǐ)系統主要是信号處理(lǐ)器是手機的(de)核心部分(fēn)，它如同人(rén)的(de)心髒，會一直工作，因此它也(yě)是一個(gè)主要的(de)手機電能消耗源。那麽應如何提高(gāo)它的(de)效率呢(ne)？一般來(lái)說可(kě)采用(yòng)以下(xià)兩種方法。
方法1：分(fēn)區(qū)管理(lǐ)。将處理(lǐ)某項任務時(shí)不需要的(de)功能單元關掉，比如在進行内部計算(suàn)時(shí)，将與外部通(tōng)信的(de)接口關斷或使其進入睡(shuì)眠狀态。爲了(le)達到這(zhè)一目的(de)，手機中的(de)信号處理(lǐ)器往往涉及很多(duō)個(gè)内部時(shí)鐘(zhōng)，控制著(zhe)不同功能單元的(de)工作狀态。另外，爲不同功能塊供電的(de)電源電路是可(kě)以關斷的(de)。
方法2：改變信号處理(lǐ)器的(de)工作頻(pín)率和(hé)工作電壓。目前絕大(dà)多(duō)數的(de)信号處理(lǐ)器是用(yòng)CMOS工藝制造的(de)。在CMOS電路中，最大(dà)的(de)一項功率損耗是驅動MOSFET栅極所引起的(de)損耗。可(kě)以看出功率損耗與頻(pín)率和(hé)輸入電壓，即IC的(de)電源電壓的(de)平方成正比。所以針對(duì)不同的(de)運算(suàn)和(hé)任務，把頻(pín)率和(hé)電源電壓降低到合适的(de)值，可(kě)以有效地減少功率損耗。
DVS（動态電壓調整）技術有效地将處理(lǐ)器與電源轉換器連接成閉環系統，通(tōng)過I2C等總線動态地調節供電電壓，同時(shí)調節自身的(de)頻(pín)率。TPS65010集成了(le)充電電路、電感式DCDC和(hé)LDO。同時(shí)還(hái)可(kě)以通(tōng)過I2C總線對(duì)各路輸出電壓進行調節，非常适合爲OMAP和(hé)類似的(de)處理(lǐ)器供電。
音(yīn)頻(pín)功率放大(dà)部分(fēn)
音(yīn)頻(pín)功率放大(dà)器是手機中又一能量消耗大(dà)戶，輸出功率可(kě)達750mW，對(duì)于帶有免提功能的(de)手機可(kě)達2W。如何提高(gāo)放大(dà)器的(de)效率呢(ne)？傳統的(de)技術采用(yòng)AB類線性放大(dà)器，其效率随輸出功率變化(huà)，最好隻有70%。使用(yòng)D類功率放大(dà)器，利用(yòng)PWM的(de)方式，可(kě)使效率提高(gāo)到85-90%。
目前爲了(le)使設計者更方便地進行電源管理(lǐ)，一些廠商開發了(le)電源管理(lǐ)的(de)軟件用(yòng)于嵌入式操作系統。運用(yòng)這(zhè)類操作系統，可(kě)以有效地降低軟件編制中的(de)工作量，同時(shí)優化(huà)系統的(de)電源管理(lǐ)。
電源管理(lǐ)對(duì)手持設備日趨重要。一個(gè)高(gāo)效的(de)系統是要将電源管理(lǐ)的(de)觀念貫穿于設計的(de)每一個(gè)環節，并且平衡系統多(duō)方面因素設計完成的(de)。随著(zhe)半導體技術和(hé)電路設計技術的(de)發展，會有越來(lái)越多(duō)的(de)節能技術湧現，爲手持産品的(de)不斷發展助力。
