近年來，手機等便攜設(shè)備市場持續(xù)快速發(fā)展。據(jù)預(yù)計，手機出貨量將從2011年的14億部增長至2014年的18億部；其中又以智能手機市場耀眼，受大量低成本Android手機上市推動，同期智能手機出貨量將從4億部增長至6.8億部，而且智能手機的半導(dǎo)體元件含量遠高于功能型或入門型手機。與此同時，領(lǐng)先制造商更加重視用戶使用體驗，其舉措之一是在產(chǎn)品設(shè)計中選擇能夠更好配合智能手機等便攜設(shè)備應(yīng)用要求及技術(shù)趨勢的產(chǎn)品及方案。

　　安森美半導(dǎo)體身為全球高能效電子產(chǎn)品的首要硅方案供應(yīng)商，針對便攜應(yīng)用提供豐富的解決方案。本文將重點探討安森美半導(dǎo)體的高性能、高能效方案如何配合智能手機等便攜應(yīng)用的要求及技術(shù)趨勢，幫助設(shè)計工程師選擇適合的元器件方案。

　　高集成度PMIC簡化設(shè)計，加快產(chǎn)品上市進程

　　眾所周知，便攜設(shè)備集成的功能越來越多，從拍照到音視頻播放、游戲乃至位置服務(wù)等，不一而足。而隨著3G乃至4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的就緒，用戶越來越習(xí)慣于透過智能手機等便攜設(shè)備來以無線方式訪問豐富的數(shù)據(jù)及多媒體內(nèi)容，需要便攜設(shè)備嵌入更多更強大的射頻（RF）模塊。相應(yīng)的代價是功率消耗越來越高，而電池容量及技術(shù)方面的進展仍然緩慢，便攜設(shè)備設(shè)計人員必須適應(yīng)這種結(jié)合許多功能的高集成度趨勢，提供足夠長的電池使用時間，同時配合消費者對纖薄外形的需求。

　　為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，便攜設(shè)備設(shè)計人員的一項可行策略就是在選擇集成多種功能的主芯片組，同時選用高集成度的電源管理集成電路（PMIC），幫助簡化設(shè)計，使控制電源所需的資源減至最少，并將外形因數(shù)保持在可控范圍之內(nèi)。

　　圖1：安森美半導(dǎo)體提供的mini-PMIC功能示意圖。

　　安森美半導(dǎo)體提供一系列的微型電源管理IC（mini-PMIC），其功能示意圖參見圖1。這些微型電源管理IC集成多個DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器或低壓降（LDO）線性轉(zhuǎn)換器，同時還可能集成其它多種控制或保護功能等，如總線控制、排序器、功率良好（PG）監(jiān)控、啟用（Enable）、帶隙參考、振蕩器、欠壓鎖定及熱關(guān)閉等保護功能或動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）等。安森美半導(dǎo)體的mini-PMIC目前包括NCP6922、NCP6914、NCP6924及NCP69xy等（功率及功能遞增）。

　　以NCP6922為例，這款mini-PMIC提供4路從0.6 V到3.3 V輸出的電壓軌（2路DC-DC加2路LDO），同時集成了內(nèi)核、上電排序器、熱保護及時鐘等多種功能（詳見圖2），采用2.05 mm x 2.05 mm CSP封裝，不僅減小方案尺寸，還藉I2C控制提供設(shè)計靈活性，適用于要求多種穩(wěn)壓輸出、使用數(shù)字信號處理器（DSP）和/或微處理器的電池供電便攜設(shè)備。這器件支持2.3 V至5.5 V輸入電壓范圍，配合最新電池技術(shù)；還支持高達3 MHz的DC-DC工作頻率，可以減小輸出電感及電容的尺寸；靜態(tài)電流消耗低至64 μA，幫助延長電池使用時間；還支持動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS），提升系統(tǒng)能效。

　　圖2：安森美半導(dǎo)體的NCP6922 mini-PMIC集成2路DC-DC、2路LDO及其它多種功能。

　　值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的這系列mini-PMIC可以提供定制的上電排序功能，以適應(yīng)不同平臺應(yīng)用需求。這系列IC中集成的LDO可以采用DC-DC輸出供電，進一步提升能效。其它優(yōu)勢包括以I2C控制提供設(shè)計靈活性、支持低至2.3 V的電壓以配合新電池技術(shù)、提供間距低至0.4 mm的QFN及CSP封裝等。安森美半導(dǎo)體還提供豐富的知識產(chǎn)權(quán)（IP）庫及模塊化途徑，幫助客戶應(yīng)對高集成度趨勢，以及加快產(chǎn)品上市進程。

　　降壓或升壓DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器配合應(yīng)用處理器供電或HDMI端口供電

　　雖然高集成度PMIC的應(yīng)用日益增多，但在便攜產(chǎn)品中，不是所有電源域都需要使用高集成度PMIC。而隨著便攜產(chǎn)品功能不斷增多，集成度相對較低的電源轉(zhuǎn)換IC的需求也增加了，以此配合增加新功能。

　　例如，對于便攜產(chǎn)品而言，為了給高耗電的應(yīng)用處理器供電，設(shè)計人員可能需要使用DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器。安森美半導(dǎo)體推出了集成度相對較低的系列DC-DC開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器IC，如NCP6334B/C、NCP6338、NCP636x模塊等。這些IC都接受2.3 V至5.5 V輸入電壓，配合最新電池技術(shù)。以NCP6334B/C為例，這是一款2 A、3 MHz DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，集成了功率良好（PG）及工作模式選擇（PWM模式或PFM/PWM自動模式）功能，是一款節(jié)省成本及空間的方案，非常適合于為要求以低電壓提供大功率的新型微處理器供電。NCP6338功能與NCP6334類似，但可提供高達6 A輸出電流，配合最新處理器需求。NCP636x模塊則是0.8 A、6 MHz DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器模塊，高達6 MHz的開關(guān)頻率便于采用更小尺寸的外部元器件，使總方案尺寸小于5 mm2（最大高度1 mm），尤其適合容限極有限的便攜應(yīng)用。

　　圖3：適合HDMI端口供電的CAT3200HU2低噪聲電源IC。

　　值得一提的是，如今許多智能手機都配備HDMI接口，方便用戶傳輸視頻數(shù)據(jù)。這些HDMI接口采用+5 V電壓供電，高于便攜產(chǎn)品中常用的鋰離子電池的供電電壓，這時候就需要DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器。有利的是，安森美半導(dǎo)體推出了針對HDMI端口供電應(yīng)用的低噪聲電荷泵DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器CAT3200HU2，這器件接受2.7 V至4.5 V輸入，提供5 V/100 mA（及可調(diào)節(jié)輸出），采用UDFN-8封裝，適合于3 V至5 V的升壓轉(zhuǎn)換（也適合2.5 V至3.3 V升壓轉(zhuǎn)換），典型應(yīng)用包括HDMI及DisplayPort端口供電等。圖3顯示的是典型應(yīng)用電路。

　　低電流、低噪聲LDO配合延長電池使用時間及減小尺寸

　　如前所述，盡管高集成度PMIC在智能手機便攜產(chǎn)品中應(yīng)用增多，但獨立的DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器或LDO仍有充足應(yīng)用空間，如需要LDO來配合便攜設(shè)備將電池使用時間延至最長并將尺寸減至最小，特別是那些射頻（RF）及噪聲敏感型功能仍然需要使用低噪聲的LDO。以手機為例，LDO的典型應(yīng)用包括音頻插孔、相機模塊、顯示屏模塊、GPS模塊、接口、LCD/觸摸屏控制、麥克風(fēng)、GSM/WCDMA 射頻子電路板、藍牙模塊及USB端口等。

　　安森美半導(dǎo)體提供適合便攜應(yīng)用的寬廣陣容LDO，其中包括NCP45xx及NCP46xx系列，如NCP4586（100 mA）、NCP4587/89（150/300 mA）、NCP4588（200 mA）、NCP4681/4（150 mA）、NCP4682/5（150 mA）、NCP4680（100 mA）及NCP4683（300 mA）等。此外，CAT62xx系列的多款LDO也非常適合便攜應(yīng)用，包括確保提供500 mA輸出電流的CAT6219、提供兩路300 mA峰值輸出電流的CAT6221、空載接地電流僅為典型值10 μA的CAT6220、提供1 A峰值電流的CAT6243及超低工作電流的CAT6289等。

　　圖4：CAT6289超低工作電流NanoPower LDO框圖及典型應(yīng)用電路圖。

　　以CAT6289為例，這是一款超低工作電流（典型值400 nA）的NanoPower LDO，輸入電壓范圍為1.8 V至5.5 V，提供8種標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出，包括1.00、1.20、1.25、1.50、1.80、2.50、3.00及3.30 V，10 mA電流時的典型壓降為380 mV，1 kHz時的典型電源抑制比（PSRR）為-60 dB。這器件采用小型1.5 mm x 1.5 mm TDFN-6封裝，能夠幫助便攜設(shè)備延長電池使用時間，并配合小外形因數(shù)設(shè)計。