移動(dòng)電話和平板電腦等便攜式設(shè)備需要電源管理技術(shù)來滿足日益具有挑戰(zhàn)性的性能要求。消費(fèi)者正在以新的方式使用智能手機(jī)：他們希望顯示高清 GPS 視頻和地圖;進(jìn)行雙向視頻通話;玩更吸引人的游戲;和流音樂。此類應(yīng)用的片上系統(tǒng) (SoC) 項(xiàng)目還必須符合嚴(yán)格的散熱目標(biāo)，同時(shí)滿足長電池壽命要求。

第三代“智能”手機(jī)將傳統(tǒng)手機(jī)與個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)(DSC)和音樂播放器(MP3)等功能相結(jié)合。可充電鋰離子 (Li-ion) 電池是移動(dòng)電子產(chǎn)品的電源。它的高能量密度保證了比其他類型的電池在尺寸和重量上更大的功率。此外，它的工作電壓使其能夠?yàn)?DC/DC 解決方案獲得長壽命和高轉(zhuǎn)換效率。

估算移動(dòng)設(shè)備的能耗是設(shè)計(jì)的基本要素。目的是設(shè)計(jì)設(shè)備以最小化其能量消耗。振蕩器、CPU、I/O 端口和模擬外設(shè)等單個(gè)組件必須被視為計(jì)算的一部分。有效的能源管理提出了越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。電池壽命低會(huì)導(dǎo)致客戶不滿意。

電池

為了滿足這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，電源管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從電池開始。充電周期、老化和溫度等因素會(huì)隨著時(shí)間的推移降低鋰離子電池的性能。正確管理和控制可充電電池對于優(yōu)化電池壽命至關(guān)重要。

電池管理由三個(gè)部分組成：充電監(jiān)控、保護(hù)和控制。電池監(jiān)控和保護(hù) IC 通常由電池本身提供。然而，充電控制是便攜式設(shè)備的一部分。隨著時(shí)間的推移，充電控制器件有了顯著的發(fā)展，為高密度、高速數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)了更短的最小柵極長度，但也為更多的模擬和電源應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了更高電壓的器件。

線性控制拓?fù)湓诘凸β孰姵亟M充電到 1 A 以下的應(yīng)用中效果很好。但是，開關(guān)模式拓?fù)涓m合需要 1 A 或更高充電速度的大型電池組。開關(guān)模式拓?fù)涓咝В⑶以诔潆娺^程中產(chǎn)生的熱量最小，但如果封裝不正確，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)。

Texas Instruments 的 bq24259 是一款開關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理器件，適用于單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池。IC 分三個(gè)階段自動(dòng)為電池充電：預(yù)調(diào)節(jié)、恒流和恒壓。

該器件支持 3.9V 至 6.2V USB 輸入電源，包括具有 6.4V 過壓保護(hù)功能的標(biāo)準(zhǔn) USB 主機(jī)端口和 USB 充電端口。該器件支持 USB 2.0 和 USB 3.0 電源規(guī)范，具有輸入電流和電壓調(diào)節(jié)功能。為了設(shè)定默認(rèn)輸入電流限值，bq24259 獲取系統(tǒng)檢測電路(如 USB PHY 器件)中的結(jié)果。該器件還具有快速啟動(dòng)功能和高達(dá) 1.5A 的精確限流能力，能夠?yàn)?VBUS 提供 4.55V 至 5.5V(默認(rèn)為 5V)的可調(diào)電壓，支持 USB On-the-Go 運(yùn)行。

移動(dòng)和便攜式鋰離子設(shè)備的設(shè)計(jì)人員可以通過使用 MAX17262 單節(jié)電池和 MAX17263 單節(jié)/多節(jié)電池集成電路的充電電平指示器來延長電池壽命并提供有關(guān)電池充電狀態(tài) (SOC) 的信息，從而提高性能來自美信集成。MAX17262 和 MAX17263 器件將傳統(tǒng)的庫侖計(jì)數(shù)與新的 ModelGauge m5 EZ 算法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)電池的高精度 SOC，無需對電池本身進(jìn)行表征。

多核芯片的電源管理

SoC 項(xiàng)目中的計(jì)算量不斷增加，以通過執(zhí)行機(jī)器視覺和其他深度學(xué)習(xí)算法的硬件加速器添加更多功能。然而，與此同時(shí)，這些功能強(qiáng)大的多核芯片需要能夠進(jìn)一步提高能效并創(chuàng)建更靈活的電源序列的解決方案。

對降低能耗的需求和不斷增加的移動(dòng)設(shè)備的出現(xiàn)將微電子技術(shù)導(dǎo)向越來越多的超低功耗解決方案，這些解決方案利用了動(dòng)力、太陽能、熱能和射頻 (RF) 等環(huán)境能源。充分利用這些資源并不容易。檢測、控制和調(diào)節(jié)是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，可以確定能量收集系統(tǒng)的整體效率。

電源管理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是以最大效率提供恒定電壓輸出。隨著微電子技術(shù)的最新進(jìn)展，低功耗系統(tǒng)可以管理能量收集，以滿足當(dāng)今集成電路在不同工作情況下的微瓦和納瓦低功耗。

優(yōu)化能源性能的重要性變得更加關(guān)鍵，技術(shù)上也更加困難。電源管理集成電路 (PMIC) 具有高度可編程性，使其能夠支持單核或多核應(yīng)用處理器以及所有智能手機(jī)子系統(tǒng)(例如網(wǎng)絡(luò)和堆棧連接(3G、4G LTE、 Wi-Fi、藍(lán)牙和 NFC)、顯示器、百萬像素相機(jī)等。