PDA/智能电话动态核的电源管理

前言

　　随着PDA/智能电话体积的缩小和更长的电池使用时间的要求，电源管理成为达到这些设计目标的关键因素；电源管理控制器包含多组直流电源转换器、稳压器、电压检测器及控制接口，使用集成电源管理控制器可以节省控制器本身、外围元件占用的空间和成本，提高电源转换效率并适时地关闭或调整输出电压，进而达到更长的电池使用时间，利用集成电源控制器还可以简化设计，降低研发风险、缩短产品的上市时间，本文就电源管理控制器及其核电源输出电压响应时间及电压调整详加讨论。

图一所示为MAX1586集成电源管理控制器，其包含了：

前言

　　随着PDA/智能电话体积的缩小和更长的电池使用时间的要求，电源管理成为达到这些设计目标的关键因素；电源管理控制器包含多组直流电源转换器、稳压器、电压检测器及控制接口，使用集成电源管理控制器可以节省控制器本身、外围元件占用的空间和成本，提高电源转换效率并适时地关闭或调整输出电压，进而达到更长的电池使用时间，利用集成电源控制器还可以简化设计，降低研发风险、缩短产品的上市时间，本文就电源管理控制器及其核电源输出电压响应时间及电压调整详加讨论。

图一所示为MAX1586集成电源管理控制器，其包含了：

    三组直流电源转换器（PWM REG1、2、3）

    三组稳压器(LDO REG4、5、6)

    两组电压检测器

    串行端口控制接口

　　图一中第一组转换器（PWM REG1）主要用于外围接口供电，预设输出电压3.3V、3.0V或由分压电阻调节，最大输出电流1.3A，可供给内部处理器、控制器外围接口或是CF适配卡、SD适配卡等外围电路；第二组转换器（PWM REG2）主要用于内存供电，预设输出电压2.5V、1.8V或由分压电阻调节，最大输出电流0.9A;这两组转换器内部各有一个并联的稳压器，当输出负载很小时，可以关闭DC-DC转换器，改由稳压器输出，以减少控制器的工作电流，进而提高转换效率。

　　新一代中央处理器为求更省电，核心电源采用动态电压调整，MAX1586第三组电源转换器(PWM REG3)用来供给CPU核电源，其输出电压可通过串口控制，输出范围可由0.7V调至1.475V，当CPU工作在不同模式时，所需核心电压也不同，例如在全速运行时需要1.3V，当进入省电模式时工作频率下降，可能只需要1.0V的供电电压，通过动态调整CPU的运行速度及核心电压，进而达到更省电的要求。每次调整输出电压时，输出电压转变时间由RAMP引脚外接电容决定，选择适当的电容器以符合CPU对于核电压动态转换的要求。

 
图一、MAX1586电源管理控制器

二、中央处理器核电压转变时间的设定

　　当由串口控制调整输出电压时，内部DAC输出电压也随之改变，DAC输出通过连接至RAMP引脚，而RAMP引脚外接一个电容，在MAX1586设计中第三组直流电源转换器(PWM REG3)输出电压反馈点FB3的电压和RAMP引脚电压成正比，可得下式：

　　其中因DAC输出电压改变，RAMP引脚电压按照电阻、电容决定的充放电时间而变化：

　　其中为RAMP引脚外接电容的容量，为电压变化量；

　　以1.3V切换至1.0V，为例，可以得到图二所示结果：

　　利用一个简单的近似方法可以快速得到转变时间：2.2倍时间常数约等于输出电压从10%变化至90%所需时间，以为例,

 
时间常数

　　因而得到输出电压转变所需时间约为330uS，如输出电压从1.0V变化至1.3V，也就是输出电压变化斜率为。

三、调高中央处理器核电压

　　当CPU工作频率愈高，所需核电压也愈高，当所需最高电压高于原来的最大值1.475V时，简单地修改外围电路就可将输出电压调至所需电压，下面给出了两种调整方式：调高比例及调高电压方式。

　　（一） 调高比例
　　
　　图三(a)、（b）为两种调高比例方式，分别在反馈点或RAMP引脚加入输出反馈电压，以达到调高电压的目地。在图三(a)中，使用两个分压电阻在输出端及反馈点FB3，可按照固定比例调高电压，输出电压和分压电阻、及RAMP引脚电压对应关系式如下：

　　图二、1.3V至1.0V输出电压转变时间

　　以，，为例，

　　最高电压由1.475V变为1.55V，原本25mV的级差变为26mV，而输出电压转变时间维持不变。

　　在图三(b)中，使用电阻连接RAMP引脚及输出，可按照固定比例调高电压。

　　其中为内部DAC输出电压

　　以原本最高1.475V为例，

　　若希望调高后电压为1.55V，则必须为：

　　可得

　　由于电阻的关系，RAMP引脚电压的时间常数也随之改变：

　　在RAMP引脚可以得到

　　代入

　　整理后可以得到:

　　可以得到微分方程式：

　　图三（a）、比例调整方法一

　　图三(b)、比例调整方法二

　　而、、为己知值，可以得到：

　　，其中

　　假设电压从1.3V变至1.0V，

　　，
　　
　　得，

　　新的时间常数为：，而原时间常数，只有的变化，输出电压转变时间常数改变很小。

　　（二） 电压调整法
　　
　　图四中，用电阻连接与参考电压，两个分压电阻、连接在输出端和反馈点FB3，可以调高输出电压，，为固定电压，分析如下：

图四、电压调整法

　　,而，可得

　　可以设定及

　　因而得到

　　简化及可以得到：

　　及

　　代入，，及

　　得到

　　假设，其中
　　
　　可得:

　　假设，，，，可以得到固定的电压变化。

结论

　　MAX1586电源控制器能够提供PDA或智能电话所需的大部份电源管理控制，本文对CPU核电压转变时间控制、调高输出电压的方式以及改变后CPU核电压转变时间的变化作了详细推导，利用简单的外围线路就可调高CPU核电压以达到CPU对于输出电压的要求，适合更高工作频率的CPU，使得MAX1586在PDA或智能电话的应用上更有弹性。