移動電話、智能電話
、PDA以及媒體播放器等當今便攜式消費類電子產品均擁有非常豐富的特性與功能。這些產品高、中
、低端一應俱全，其性能水平和體積大小也各不相同。總體說來
，便攜式應用的尺寸越來越小
、功能越來越豐富、性能也越來越高，但功耗卻一直居高不下。

相關示例數不勝數
，如超過300萬象素可拍照手機的高分辨率攝像頭
、電流超過1A的單個高功率閃光燈LED或數碼相機中的氙氣閃光燈
、智能電話或媒體播放器中的高級音頻或功放係統，以及大多數便攜式應用中均配備的高分辨率LCD顯示屏等。

設she計ji師shi麵mian臨lin著zhe必bi須xu同tong時shi滿man足zu靜jing態tai和he動dong態tai電dian源yuan管guan理li需xu求qiu的de挑tiao戰zhan。隨sui著zhe便bian攜xie式shi產chan品pin的de功gong能neng日ri益yi豐feng富fu，應ying用yong對dui單dan電dian源yuan也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu，從cong而er導dao致zhi電dian量liang消xiao耗hao顯xian著zhu加jia大da
，電dian池chi使shi用yong壽shou命ming相xiang應ying縮suo短duan。

另外
，模擬與數字基帶處理器單元
、中(zhong)央(yang)處(chu)理(li)器(qi)主(zhu)機(ji)
，尤(you)其(qi)是(shi)各(ge)種(zhong)新(xin)推(tui)出(chu)的(de)圖(tu)形(xing)及(ji)音(yin)頻(pin)專(zhuan)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)等(deng)，無(wu)論(lun)在(zai)先(xian)進(jin)性(xing)還(hai)是(shi)在(zai)集(ji)成(cheng)度(du)方(fang)麵(mian)都(dou)在(zai)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)。隨(sui)著(zhe)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)的(de)增(zeng)多(duo)，IC的集成度也隨之提升
，因此需要更多的電源軌，或在同樣數量的電源軌上施加更高的電源電流。

大多數便攜式消費類產品均使用標準的高性能鋰離子電池（通常為單電池配置）。鑒jian於yu電dian池chi電dian量liang有you限xian，製zhi造zao商shang不bu得de不bu在zai下xia列lie兩liang種zhong情qing況kuang中zhong做zuo出chu決jue斷duan，要yao麼me為wei用yong戶hu提ti供gong功gong能neng豐feng富fu的de應ying用yong但dan忍ren受shou較jiao短duan的de電dian池chi使shi用yong壽shou命ming，要yao麼me犧xi牲sheng應ying用yong的de功gong能neng豐feng富fu性xing而er確que保bao較jiao長chang的de電dian池chi使shi用yong壽shou命ming。但dan消xiao費fei者zhe既ji希xi望wang獲huo得de高gao端duan產chan品pin
，同tong時shi又you要yao求qiu電dian池chi具ju備bei超chao長chang使shi用yong壽shou命ming。

便攜式係統中的動態電壓縮放（Vbat大於Vrail）

鋰離子電池技術中最常見的電壓範圍是4.2V~3.0V。新的電池或未來的化學技術一方麵將實現高達4.5V的電壓，另一方麵需要將放電截止電壓降低至3V。這就意味著可用的輸入電壓範圍變得更為寬泛了，因而也就可以在該範圍內添加更多的電壓軌。

當今的係統電壓軌通常低於3V（如處理器內核電源
、I/O電源及內存電源）或高於5V。這些電壓軌通常由分立LDO、中或低功率DC/DC轉換器、多通道電源管理單元（PMIC）或模擬基帶（ABB）單元等其他來源產生。電源管理設計為各種處理器提供了必要的電壓軌
、正確的電壓及電流大小。如果應用切換到“關閉”或預定義的“省電”模(mo)式(shi)，通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，所(suo)有(you)的(de)處(chu)理(li)器(qi)及(ji)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)器(qi)件(jian)都(dou)會(hui)進(jin)入(ru)輕(qing)負(fu)載(zai)或(huo)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)。這(zhe)樣(yang)，電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)將(jiang)會(hui)降(jiang)低(di)，流(liu)耗(hao)也(ye)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)。在(zai)最(zui)佳(jia)情(qing)況(kuang)下(xia)
，每(mei)個(ge)IC僅消耗幾個uA的電流。上述情況是靜態的
，一旦電源管理設計完成，電壓軌受到影響的可能性極小。

近期推出的分立式低功率降壓DC/DC轉換器及高集成度多通道電源管理單元（PMIC）已經具備了串行I2C接口能力。隨著串行接口在分立電源管理器件中的使用

，將進一步減少對電壓軌的影響。通過將軟件工具、處理器控製功能與串行標準I2C接口相結合，數字單元與模擬電源管理IC之間實現了前所未有的高性能信息交換。電壓、電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)的(de)實(shi)時(shi)調(tiao)整(zheng)成(cheng)為(wei)現(xian)實(shi)。另(ling)外(wai)，還(hai)可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)及(ji)監(jian)控(kong)的(de)軟(ruan)件(jian)控(kong)製(zhi)，因(yin)而(er)在(zai)現(xian)有(you)的(de)滿(man)負(fu)載(zai)到(dao)係(xi)統(tong)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)存(cun)在(zai)多(duo)種(zhong)省(sheng)電(dian)模(mo)式(shi)。

I2C接口有三種不同的速率選項：標準100kbps、快速400kbps以及高速3.4Mbps。利用分立式低功耗DC/DC轉換器或PMU，設計師現在可以動態地精確調整分立電源管理器件的輸出電壓，進而調整任何處理器單元的內核供電電壓。這種設計需要使用快速DC/DC轉換器。例如，開關頻率為3MHz以上的轉換器可確保快速信號的瞬態響應。另外，低功耗DC/DC轉換器或PMU應具備不同的工作模式，如PFM或強製PFM，以便通過自調節或通過I2C控製信號進入某項工作配置。

該(gai)設(she)計(ji)可(ke)在(zai)不(bu)犧(xi)牲(sheng)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)精(jing)確(que)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)需(xu)求(qiu)。因(yin)此(ci)使(shi)每(mei)種(zhong)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)或(huo)處(chu)理(li)器(qi)模(mo)式(shi)的(de)功(gong)耗(hao)均(jun)實(shi)現(xian)最(zui)低(di)
，從(cong)而(er)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)
、減少器件發熱量並增強整體係統性能。

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DC/DC轉換器及具有I2C接口的電源管理IC

例如
，單通道低功耗DC/DC轉換器TPS62350可支持所有三種I2C速度模式。采用微型12球柵芯片級封裝（CSP）的降壓轉換器可在單個鋰離子電池的輸入電壓範圍內提供高達800mA的輸出電流，效率高達90％。利用I2C接口可調整輸出電壓以支持最新一代的處理器及具有12.5mV“微小步長”
、最小輸出電壓為0.6V的電源軌。可編程DC/DC轉換器有助於延長3G智能電話
、PDA、數碼相機及其他便攜式應用的電池使用壽命。

借助I2C接口降低功耗的另一種方法是采用像TPS65020這樣的器件。這種高度集成的PMIC具有六個輸出信道
、三個低功耗DC/DC轉換器以及三個LDO，效率高達97%。

I2C可以動態地調整並測量通常為處理器內核供電的主DC/DC轉換器的輸出電壓。另外兩個DC/DC轉換器可用於為I/O電源、存儲器或其他電源軌供電。此外

，通過I2C也可以使不同的構建塊（如IC上所有三個LDO或DC/DC轉換器）在“開/關”之間切換
，以降低整個PMU的功耗及發熱量。“關閉”不同的構建塊也可動態降低靜態電流的消耗。

另一種方法是使用DC/DC轉換器的預設輸出電壓。TPS62400是一款雙通道的降壓轉換器
，該器件不帶I2C接口
，但具有被稱為“Easyscale”的單線接口。通過Easyscale，我們可以在運行過程中訪問並更改存儲於器件EEPROM中的預定義輸出電壓。根據所選輸出電壓的範圍（0.7V～6.0V）
，電壓步長（Voltage step）可小至25mV
、50mV或100mV。

總之，動態電壓測量可降低整體功耗、優化係統性能並延長電池使用壽命。可根據器件活動、工作模式以及溫度變化等動態控製電壓大小、頻率及功率預算
，以使電源係統更靈活。

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便攜式係統中的降－升壓DC/DC轉換器（Vbat等於Vrail）

另一方麵，攝像模塊、音頻放大器、內存卡以及其他子係統需要數倍於3.1V、3.3V或3.6V的電源電壓。當電池電壓超過目標電壓軌時
，根據定義則電源功率級需要降低電池電壓；反之，則升高電池電壓。有多種解決方案都可解決

這一難題，如SEPC、反向轉換器（Flyback Converter）或級聯式升
、降壓轉換器。每種解決方案都各有其自身的優劣勢
，但都無法同時實現最小的體積和最高的效率。

最新解決方案是近期推出的一款高集成度降－升DC/DC轉換器TPS63000。該轉換器具有4個組合了獨特控製設計的集成主電源FET。由於解決了現有解決方案的效率降低問題，當電池電壓與輸出電壓相同或相近時（Vbat=Vrail）
，優化後的效率最高可達96%。這意味著什麼？首先，與現有解決方案相比
，其效率提高了2%~6%
；其次，更為重要的是這種效率優勢能夠體現在整個電池電壓範圍內。

這樣就實現了電池容量的最大化利用，從而顯著延長電池使用壽命，並最終帶來超長的係統/應用工作時間及待機時間。

第二個要討論的重要問題是使體積最小化，該款集成轉換器采用3x3mm2 QFN封裝，與2.2uH電感器的大小相同。為減少無源組件數，可預設輸出電壓（如3.3V）來使總體組件數減少到4個：IC+電感器+2個電容器。

功率預算的實時調整、處chu理li器qi省sheng電dian方fang案an的de調tiao整zheng以yi及ji負fu載zai條tiao件jian下xia電dian壓ya軌gui的de優you化hua等deng都dou將jiang使shi電dian池chi更geng加jia智zhi能neng化hua。這zhe對dui於yu提ti高gao應ying用yong的de使shi用yong時shi間jian以yi及ji延yan長chang電dian池chi使shi用yong壽shou命ming等deng都dou極ji有you幫bang助zhu，並bing在zai用yong戶hu使shi用yong係xi統tong所suo有you功gong能neng的de前qian提ti下xia顯xian著zhu延yan長chang待dai機ji時shi間jian
、通話時間或播放時間。