3G手机电源管理的设计挑战

图2：不同的DC-DC降压转换器解决方案外观尺寸比较

如果片式电感器大批量投产，在价格上有望比线绕电感便宜30%，这是手机制造商降低材料成本的关键地方。不过多层片式电感器的缺点之一是随着直流电流的增加，其电感值会降到很低；而线绕电感器则不然，在达到饱和电流之前，其电感值都是恒定不变的。系统设计师在选择片式电感器时必须要考虑到这点。表1显示了片式电感器与线绕电感器特性的比较结果。

我们已讨论了如何减小磁性降压调节器的尺寸。引进电荷泵技术来完成DC-DC的降压转换是达到尺寸和效率最优组合的另一个有效手段，使用开关电容的最大好处是不再需要电感器，而只需要体积很小的陶瓷电容器。这个优点引人注目，因为整体尺寸会比采用磁性电感开关调节器减小约40%，而且还减少了材料成本。

随着电荷泵技术的发展，采用一个高质量的开关电容器后效率可以达到75%以上，而外形尺寸只是磁性调节器的一半，同时还具有可比的静态电流和精度。对于供电电压低于2V、低电流(小于250mA)的数字负载，考虑的主要因素是效率，因为开关电容和电荷泵的工作时间几乎相同。将磁性的DC-DC变换器与开关电容降压调节器作了一个比较，使用一个550mAh的锂离子电池来测试工作时间，利用电磁降压的工作时间是330分钟，而利用开关电容降压的则是309分钟，这个差别对电池的使用寿命来说可谓微不足道。

表1 采用开关电容技术

改善精度性能　　

为了减小体积并改善性能，用于3G的下一代数字处理器正在向90纳米和65纳米工艺技术演进，这促使供电电源降低到接近1V。其结果，输出电压的电压精度和瞬态性能成为电源的关键参数。一个要求供电电源为1.2V(公差为±5%)的数字处理器所允许的最大偏差不超过60mV。电源设计者面临的挑战是保证稳压器的输出电压非常稳定，尤其是直流-直流的变换。这些器件还应该具有极好的瞬态响应能力，使得输出电压的上下过冲很小，特别是在输出电流或者输入电压产生突变的场合下。这些性能可通过昂贵的集成电路实现，但由于尺寸的限制，故也不是一个可行的选择。

电源调节器的另一个关键参数是静态电流，即电源IC自身消耗的电流。为了使手机的待机时间达到最长，该电流必须非常小，因为设备在绝大多数时间上消耗的就是这个电流。为了实现这么低的静态电流，必须采用新的拓扑结构。不过，静态电流越低通常也就意味着调节器性能也越低，而这对于下一代的处理器来说也是不能接受的。