目前市面上已经陆续出现新一代小巧玲珑，同时拥有丰富功能的行动电话，这些最新的手机不仅在体积上要比上一代轻巧，还能够提供PDA、电子邮件发送、即时通讯等功能，甚至可以在尺寸更大、色彩更丰富的萤幕上进行网路浏览，部份机型还加入了包括FM收音机、MP3播放器，甚至是效能还算不错的数位相机等功能。但无论加入了什么额外功能，消费者还是希望能在不增加体积的情况下延长电池的使用时间，而要将更多的功能塞进更小的体积内，同时还要更省电；这些需求已经让电源管理设计成为重要关键，为了迎接这些挑战，类比晶片制造商也持续努力开发出体积更小、效能更高的电源管理解决方案。

电源管理晶片

在大部份手机的核心都有一个电源管理晶片（Power Management IC；PMIC），PMIC负责大部份的电源供应需求以及其他如介面或音讯等功能；先进的类比半导体制造商提供了全客制化、半客制化以及标准产品等各种PMIC选择，而且通常采用针对混合信号与电源供应最佳化的5V次微米BiCMOS制程设计，其他尚未整合的手机功能也将在未来逐渐整合到PMIC中，不过在步调上则必须加以考量，如(图一)。基本上不将特定功能整合有许多原因，分别为：

要将更多功能尽可能整合的主要理由明显地就是成本与体积的节省，特别是在大量生产的手机产业中整合的动作更是常见，而风险的控管则可以透过逐渐的整合设计来达成。

《图一 整合多种功能的手机电源管理芯片案例功能方块》

低压降线性稳压器

行动电话中大约需要5到12个独立的低压降（Low Drop Out；LDO）稳压器，需要这么多数量的原因并不是有这么多的独立电压需求，而是LDO同时还扮演着具备电源拒斥比（Power Supply Rejection Ratio；PSRR）切换开关的角色，以用来避免杂讯的耦合，大部份的LDO都已经整合到PMIC中，但部份的离散元件则可能因为电路板的布线与绕线、特定元件如电压控制振荡器的杂讯敏感度，以及需提供给如内建数位相机等非标准功能电源等，而必须加以独立。在这样的应用上，采用SOT23封装的单一150mA LDO是近年来常见的选择，但是目前所开发出的新封装技术、次微米制程与更好的设计，可以在更小的体积内提供更高的效能。

现在市面上已经可以找到在SOT2​​3封装中提供一个300mA的LDO、两个150mA的LDO，或者是拥有标准与超低杂讯（10uVrms与85dB PSRR）选择的小型SC70封装120mA LDO；甚至有最新的超晶片级封装（Ultra Chip Scale Packaging；UCSP）可提供更小尺寸的可能；而新推出的QFN封装则能够在3x3mm塑胶包装下达到最大的晶片尺寸，同时提供最好的热传导性。QFN封装带来了更高电流容量的LDO以及在同一包装内放入更多LDO的可能，甚至还有三个、四个与五个LDO，可以用来减缓采用独立式元件与PMIC之间选择的困扰。

处理器核心的降压转换器

虽然LDO相当简单且小型，但是它的主要缺点在于效率，特别是在提供低电压电路电源时，当手机中逐渐整合越来越多的PDA与网际网路功能时，就需要功能更强大的处理器。在此时，电源电压由1.8V降到更低的0.9V，为了要将电池电流作良好控管，需要一个高效率的降压切换式稳压器来提供处理器的核心电源，在这里需要考量的有成本低、体积小、效率高、静态耗电低与快速的转态响应等，要将这些不同的要求加以整合需要类比设计的经验与创意，目前只有市场上领先的类比半导体制造商提供采用SOT23包装，同时以1MHz或更快速度切换以搭配较小外部电感与陶瓷电容的降压转换器。

RF功率放大器的降压转换器

在日本成熟的行动电话市场上，降压转换器同时也被用来提供因与基地台距离不同而需变动Vcc电源的CDMA射频功率放大器电源；当与传送机率密度函数乘积时，降压转换器可以节省平均40到65mA的电池电流，依输出电压的阶层数、PA的特性以及是在城市或郊区传输语音或资料而定。以日本与欧洲WCDMA创新者之一的前导努力成功经验为基础，目前韩国、美国以及其他欧洲行动电话制造商也已经开始测试或采用切换式稳压器的设计。降压转压器考量的顺序为小体积、低成本、低输出涟波与高效率，在这里SOT23包装的转换器还是不错的选择，要将压降降到最低，通常采用独立的低导通电阻（low-Rds(on)）的P通道MOSFET，在传送较高功率时直接由电池供电给PA，而最新的降压转换器（如MAX8500系列）则整合了这个额外的FET以进一步缩小整体系统的体积。

当手机配备更多个白光LED

对拥有彩色萤幕的无线手机来说，白光LED因为线路简单且可靠度高，几乎占据了整个背光应用市场；白光LED效率比卤素灯好，但还是无法追上萤光灯管。目前的设计大都利用三或四个白光LED来提供主萤幕显示，两个白光LED提供次萤幕（在双萤幕设计中），以及六个或更多的白光或有色LED来点亮键盘；如果整合相机的话，还可能加上四个白光LED来提供闪光灯与MPEG影片的背光，整个加起来在手机中可能高达16个LED，而所有的LED都必须以定电流加以驱动。

在多年以前，日本第一代的彩色手机使用较无效率的1.5x充电泵与镇流电阻（这个解决方案，基本已经浪费到为PA加入降压转换器时所希望节省的40mA），目前大部份的设计都采用以电感为主的升压转换器以取得更高的效率，但最新推出的1x/1.5x充电泵，则可在没有电感的情况下得到相同的高效率，缺点则是需要更多的LED接线。

由于白光LED电源的市场庞大，因此市场上有许多晶片推出，主要提供高效率、小型外加元件、低输入涟波（避免杂讯耦合到其他电路上）、简单的亮度调整介面以及可以降低成本或提升可靠度的其他功能，如输出过电压保护等；部份的PMIC还加入了白光LED电源，但通常无法提供多个萤幕或相机闪光灯，或者可能效率不高或切换速度太慢，需要搭配较大型电感与电容并会产生较大的输入涟波，因此通常需要加入独立晶片与PMIC搭配，或采用整合度更高的离散解决方案，如(图二)。

《图二 高整合度的移动电话LED背光电源管理解决方案》

电池充电

几乎每个手机都透过简单的线性充电电路，来对三个镍氢电池或一个锂离子电池充电；虽然为了简化，电流感测电阻或旁路电晶体会采用外加，但大部份的情况下这个充电电路都会整合到PMIC中，有许多方法可以将温度控制在合宜的情况下，例如：

@内标(1)以C/4或以更小的电流充电；

(2)让市电变压器的输出成为电阻式，以便让大部份的压降在那里发生；

(3)采用脉冲式充电以及限流市电变压器；

(4)加入市电变压器的回馈或稳压使旁路电晶体上的压降固定；

(5)加入一个固定温度控制回路以控管电流维持稳定的晶片温度；但这只有在旁路电晶体内建在PMIC时才可行。

独立的充电晶片虽然可以带来部份的弹性，但对行动电话而言，这些弹性会因为内建整合的充电器，可透过PMIC的串列介面加以控制以满足各种不同电池材质或容量而大大降低吸引力。

结语

配备彩色萤幕、整合多种功能的行动电话已成消费者的新宠儿，因此如何针对消费者之各种不同需求来进行设计行动电话的PMIC设计，已成各家业者的重要课题；而在业者持续为开发新元件付出心力的同时，获利最多的将是可享受到更高效能手机产品的广大消费者。

（作者任职于Maxim Integrated Products）