今天的手機不斷向小型化和薄型化發(fā)展,。這點毫不奇怪，技術(shù)尺寸方面的多數(shù)進展是一個關(guān)鍵問題,，可以決定產(chǎn)品開發(fā)的命運,。由于移動器件的尺寸不斷變小，元件尺寸和元件數(shù)量也必須如此,。隨著每個元件周圍的空間縮小,，元件的布置變得更加重要。干擾與“低噪聲安置”成為工程師工作的一部分,。小于0.6mm的元件現(xiàn)已成為標(biāo)準(zhǔn)要求,。但是，有一些限制因素正在制約這種尺寸縮小的趨勢,。第一個因素是手機每增加一個新特點,，其功耗也要相應(yīng)增加。最明顯的例子是,，10年前顯示屏的功耗不到50mW,，今天已上升到150mW-200mW，預(yù)計幾年后將上升到3-500mW,。此外,，還有多媒體處理器、相機模塊,、電視調(diào)諧器等等,，很容易看到為什么手機的功耗不斷增加。

　　不幸的是,，電池技術(shù)跟不上這種需求的步伐,。鋰離子能量密度只增長了一倍,，從100Whr/Kg左右上升到了200Whr/kg左右，而手機功耗卻增長了三倍,。即使考慮到了密度方面的改善,，今天普通電池的尺寸與前幾年一樣，甚至比前幾年還大,，而通話時間和待機時間卻變短了,。考慮到所有這些因素,，容易看出電源管理在今天的移動產(chǎn)品中扮演著越來越重要的角色,。

電源管理器件的類型

　　作為一個例子，讓我們看看手機的心臟——基帶處理器,。手機中的基帶處理器傳統(tǒng)上利用LDO)" target="_blank">低壓降線性穩(wěn)壓器(LDO)供電,。LDO的優(yōu)點是在各種條件下的輸出噪聲偏差都很低，尺寸很小,，容易使用,，而且不會在電池上產(chǎn)生可能影響其它元件的反射噪聲，外部元件較少,。LDO的缺點是其效率通常低于DC/DC轉(zhuǎn)換器,，而且效率隨著芯片組電壓要求的下降而下降，但電池電壓保持不變,。隨著手機功能對于功率的需求不斷增加,，許多設(shè)計師正在采用DC/DC轉(zhuǎn)換器來代替LDO，以提高效率和維持電池壽命,。

　　DC/DC轉(zhuǎn)換器為設(shè)計師提供了一種可行的替代方案,；它們在廣泛的負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率，LDO在這方面無法與之相比,。但是,，DC/DC轉(zhuǎn)換器在其它所有方面幾乎都遜于LDO，它的尺寸較大,，較難使用,，需要更多的外部元件，而且產(chǎn)生更多的噪聲,。最大的外部元件是電感,。為了使DC/DC轉(zhuǎn)換器有效地運行，該器件必須以較高的頻率開關(guān)一個存儲元件,，通常是一個電感,。這個功能必然產(chǎn)生噪聲，并使穩(wěn)壓器的尺寸變大,。這種“噪聲”可以轉(zhuǎn)移到它所供電的器件,，也就是基帶處理器,，從而引起系統(tǒng)問題。它也可能沾染電池,，進而導(dǎo)致噪聲擴散到手機的每個部位,。為了降低這種現(xiàn)象，手機設(shè)計師必須增加電容和電感等額外的過濾元件,，以隔離和抑制噪聲。這將擴大產(chǎn)品尺寸和提高復(fù)雜性,。同時也需要對電路板的空間進行認(rèn)真規(guī)劃,，以使敏感區(qū)域遠(yuǎn)離DC/DC轉(zhuǎn)換器，并盡可能在與之隔絕,。噪聲并不是總可以預(yù)測的,，而在設(shè)計大批量消費產(chǎn)品時，可預(yù)測性和對風(fēng)險采取保守對策是極其重要的,。

　　圖1所示為用于手機的LDO及傳統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的差異,。

圖1：用于手機的LDO及傳統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的差異。

理想的電源管理元件

　　從效率角度來看,，顯然DC/DC轉(zhuǎn)換器是電源管理的未來方向,。挑戰(zhàn)在于降低DC/DC轉(zhuǎn)換器的尺寸，使之成為象LDO那樣的小型,、簡單,、低噪聲和便宜器件。要求移動產(chǎn)品小型化的市場力量和需求,，將迫使出現(xiàn)這種情況,。

　　為了搞清楚如何實現(xiàn)這個目標(biāo)，讓我們先看一下構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器的器件,。最大器件是電感,。電感是一個開關(guān)存儲元件，因此不僅尺寸大,，而且會產(chǎn)生磁場,，從而在電路板設(shè)計中引起噪聲問題。顯然,，電感的面積和高度必須縮小,，以接近理想的LDO類型的產(chǎn)品。我們再看看DC/DC轉(zhuǎn)換器的功能,，以及為什么電感的尺寸需要做得這么大,。圖2所示為一個非同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本運行。移動DC/DC轉(zhuǎn)換器通常是天生同步的,，用MOSFET代替二極管以提高效率,。為了便于理解,，利用一個非同步降壓轉(zhuǎn)換器來介紹運行情況。

　　開關(guān)具有開關(guān)兩種工作模式,，每秒開關(guān)的次數(shù)就是開關(guān)頻率,。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，能量就被輸送到輸出負(fù)載并存儲在電感里面,。當(dāng)開關(guān)打開時,，存儲在電感中的能量被傳送到輸出。開關(guān)的開與關(guān)之間的比率被稱為負(fù)載循環(huán),，控制該比率就能控制輸出電壓,。從圖2可以看出，電感電流由兩部分組成,。第一個是DC輸出電流,，第二個是開關(guān)電感引起的電流德耳塔IL。德耳塔IL主要由E=Ldi/dt決定,。此處的E是開關(guān)關(guān)閉時電感上的電壓(輸入電壓減輸出電壓),，di是德耳塔IL，dt與開關(guān)頻率成反比,。德耳塔IL實際上是個多余部分,，它流過輸出電容器、二極管并產(chǎn)生噪聲,，并在開關(guān)開通時為開關(guān)造成額外的損失,。為一個給定的設(shè)計選擇電感，完全是在德耳塔IL,、噪聲有損失之間進行平衡,。但有一件事是明確的：對于給定的輸入與輸出電壓，開關(guān)頻率是決定電感值的主要因素,。開關(guān)頻率越高,，即dt越低，則電感越小,。

　　不幸的是,，提高開關(guān)頻率會造成很大的負(fù)作用。主要是DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率會下降,。這個理由很簡單,。開關(guān)利用一定的能量來開和關(guān)。這部分能量其實是一種損失,，因此每秒開關(guān)次數(shù)越多,，能量損失越大，總體效率就越低?？刂七@種“損失”是提高開關(guān)頻率的關(guān)鍵,。

圖2：DC/DC轉(zhuǎn)換器運行情況簡圖。

　　今天流行的DC/DC轉(zhuǎn)換器針對工作頻率為1-3MHz的移動產(chǎn)品,。在1Mhz的開關(guān)頻率下,，通常需要使用4.7uH的電感，頻率為3-4MHz時電感可以降到1-1.5uH左右,。圖3所示為電感尺寸與移動產(chǎn)品開關(guān)頻率的關(guān)系,。可以看到,，為了接近與LDO相當(dāng)?shù)某叽?，電感需要小?uH。這樣就可以把開關(guān)頻率設(shè)定在6MHz以上,。最先進的500mA 0.47uH 電感采用0805外殼尺寸，高度為0.55mm,。

圖3：典型移動DC/DC轉(zhuǎn)換器中的電感尺寸與開關(guān)頻率的關(guān)系,。

　　從圖3可以看出，在開關(guān)頻率為8MHz時,，會令人想到把電感放置在IC封裝之中,。電感高度目前小于0.6mm。這方面存在一些挑戰(zhàn),。