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| 便携设备电源管理迎接新挑战 |
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本刊记者：宋占强
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随着手机、PDA等便携电子设备的功能日益丰富，用户对更高性能和更长工作时间的要求成为越来越明显的矛盾。电池技术在近期不会出现较大的突破，因而电源管理正在成为便携式设备设计人员遇到的最主要技术挑战之一。目前系统设计人员广泛采用一些设计技巧来降低系统功耗，如：降低工作电压，优化系统和CPU时钟频率，避免上电过程中的大电流脉冲；有效地管理系统电池运转，有效地管理系统设备的工作模式，尽可能降低总线活动，降低总线电容，
降低转换噪声等。
而对于电源管理芯片供应商，美国国家半导体公司亚太区电源产品技术经理吴主祥认为，面临的主要挑战有三方面： 一是如何提高器件转换效率、降低功耗；二是如何使器件的体积更小；三是如何提高电源管理芯片与系统的整合度，使系统整体功耗减少。
在提高转换效率方面，电源管理IC供应商目前主要利用先进的半导体工艺。如美国国家半导体采用其"低电压低功耗CMOS工艺"，来减小静态电流，提高转换效率。减小器件的体积主要是进一步提高集成度，并采用更先进的封装技术，如CSP、LLP和Micro
SMD等等。如今封装技术的发展重点有三方面：封装越来越小，现在的封装芯片已可基本接近裸片的大小；封装的厚度不断减小；I/O密度不断提高。
目前便携设备电源管理技术正朝着电源管理与系统整合的方向发展。长期以来，处理器供应商及电源管理芯片厂商都各自开发自己的技术。技术上虽有不少改进，但这些传统的技术始终有其局限性，电池能量的利用效率几乎已达到其极限，未来的上升幅度不大。吴主祥表示，要在效率方面寻求新的突破，就必须改变传统的发展摸式，采用全新的方法，全面顾及整个系统的用电要求，以智能型电源管理芯片管理系统的性能及功耗。比如"动态供电"技术，即根据系统负载的变化，对供电做出相应调整，在不同状态下把功率损耗减至最低。实现"动态供电"需要处理器与电源管理器件相互配合。
美国国家半导体于2002年11月与ARM的合作就是基于这一发展趋势。美国国家半导体在电源管理技术方面有着丰富的经验和产品，而ARM在便携设备处理器技术领域处于领先地位。这两家公司决定整合各自的优势，即美国国家半导体的"PowerWise"技术与ARM的低功率处理器及"智能能量管理器"（Intelligent
Energy Manager）技术，用以开发可延长手持设备电池寿命的高效电源管理系统。两家公司的整个方案发展过程分为几个阶段，首个阶段将集中开发适用于手机的嵌入式系统芯片，预计这阶段所推出的产品可以将基带芯片的能量利用效率提高25至75%；长期目标是把利用效率提高400%。
在过去的几年里，电源管理器件供应商一直在开发能够满足多方面需求的单片解决方案。这样不仅可以减少IC数量，还可以省去用于对这些IC提供支持的分立组件。从而降低产品成本，减小产品体积。
美国国家半导体日前面向手持式设备推出的LP39xx系列电源及光源管理ASIC就属于这方面的努力。通过与各大手机厂商的密切合作开发的这几款单片系统解决方案，可以为手机提供全面的电源管理和光源管理功能。OEM厂商可以方面为产品添加新功能，精简产品设计，缩短产品的开发时间。这几款芯片都集成了多个功能块。其中一款LP3941芯片不但内含11
个通用的低压降稳压器、一个 RGB 发光二极管驱动器、锂/镍氢电池充电器、后备电池充电器、实时时钟/低压降芯片 (RTC-LDO)
及两个比较器，还设有多个系统监测及控制功能。该系列芯片首先采用小型的 LLP 及分层式 CSP 封装，稍后将会改用"Microfil"封装。Microfil是美国国家半导体开发的一种新型封装技术，其封装体积可以比传统封装小
4 至7倍。
无论在手机的哪一种功能中，电源转换和电源管理都越来重要。2.5/3G手机和高性能PDA对电源管理系统提出更高的要求。电源管理芯片厂商与整机厂商及相关供应商密切配合，开发效率更高、体积更小、更高集成度的解决方案，才能应对新的挑战。
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