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如何为便携式多媒体处理器供电

作者:时间:2012-07-02来源:网络收藏


性能
提高效率的措施包括同步整流、采用脉频调制PFM模式、最大限度降低RDSon功耗和先进的内部启用/禁用策略。
同步整流用于降低二极管D前向电压而产生的功耗(见图1),在二次循环期间,NMOS晶体管短接二极管D,导致功耗降低,这是因为
(7) 线圈内的电流可能会逆转是同步整流技术已知的缺点,这会导致功耗增加。STw4141解决了这个难题,方法是当IL=0时,将NMOS晶体管关断,预防线圈内电流回流。STw4141的同步整流方法在中等负载条件下极大地提高了效率。
在负载极低时,通过进入PFM模式,效率得到进一步提高。在PFM模式下,功率转换不再与内置振荡器同步,而是根据需求量向输出端传送电能。功率级换向频率最小化,再加上禁用PFM模式下无用的内部振荡器,使STw4141变得更加省电,如图5所示。STw4141能够自动选择模式,无需用户介入即可实现最佳的效率。


图 5 效率特性

PFM模式的使用方式取决于芯片的应用场合。因为在PFM模式下功率转换是异步的,电磁辐射可能会在应用敏感的频率下产生频谱噪声。如果存在这种制约因素,那么可以使用两种方法进行配置:PFM模式完全禁用;用户可以覆盖自动开关,强制进入工作模式。设计人员利用覆盖功能可以设计一个既节能省电又无频谱干扰的电源系统。在待机模式下,任务时段性完成95%过程的应用是这种系统的一个实例,因为这种还必须在待机模式下保存数据,所以可以用待机模式。在收到唤醒信号前几微秒内,芯片被强制进入脉宽调制模式(PWM),并且保持这种模式一直到高级系统使处理器返回到睡眠模式为止。

附加功能
频谱干扰是一个问题,可能存在于敏感应用中,业内一直在研究这个现象。一份研究报告显示,在实际应用中,某些频率是应该避免的,而其它频率并不影响整个系统。STw4141内部振荡器(考虑到它的频谱)的频率可能在有害频带内。基于这个原因,配备了锁相环(PLL),允许用户在有害频带以外的宽频范围内同步内部振荡器。锁相环还可以抑制内置振荡器的频谱,使STw4141与系统的其它组件同步。
高压输出Vout1通常用于I/O引脚结构(VIO),低压输出Vout2通常用于数字核心(VCORE)。为了支持多种处理器,可以提供VIO电压不同和VCORE电压范围1.0V到1.8V的多种产品。用户可以通过专用引脚设置输出电压。这个功能在通过降低进入睡眠模式的应用处理器电源电压来节省电能的应用场合十分有用。VCORE控制可以和前文提到的模式控制(PWM/PFM)配合使用,但是两者之间存在很大的不同:VCORE控制可降低应用处理器的功耗,而模式控制可降低芯片的功耗。两项功能都可降低整个应用系统的功耗。
此外,STw4141具有峰值电流限制和热保护功能,峰流限制功能不仅用于保护芯片本身,而且还限制芯片从电池汲取的电流。因为电池内部串联电阻的原因,从电池汲取过多的电流可能会使电池电压产生很大的变化。
典型应用
导致STw4141降低尺寸及成本的最重要因素是只需一个外部线圈,而普通电源则需要两个。图6所示是推荐的外部组件布局,这是一块为完整应用设计的面积仅为7 x 8 mm的电路板。在这个设计中,线圈是体积最大的组件,同时节省电路板空间也正是这个组件,其次, BGA封装也在节省电路板空间上发挥了重要作用。


图6 STw4141应用电路板


图 7 典型应用


STn8810应用处理器 (NOMADIK)以及STV0984 + VS6750图像处理器和200万像素CMOS图像传感器的共性是,数字核心电压(VCORE)与I/O引脚电源电压(VIO)的要求不同。图7是一个CMOS相机应用的电路示意图,VCORE电压(1.2 V)供给数字核心STV0984,而VIO电压(1.8V)用于供给VS6750以及STV0984的I/O结构。这样的布局设计使得应用电路板的尺寸极其紧凑。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176788.htm

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