引言
行动电话已从一个可携带的单纯通讯设备，演化为当今最炙手可热的随身技术。现今人们所追求的行动电话，必须具备上网功能使其可以随时收看其钟爱球队的精彩比赛片段。随着可携式设备的功能多样化，它们的电源管理解决方案亦必须加以改良才能配合，其中比较重要的例子包括有MP3播放机、蓝牙模组、数位相机和行动电话等。随着行动技术不断的改进，这些优秀的技术将这些消费者期待的功能一一实现。
例如是手持数位视频广播（DVB-H）的处理器应用即为这些手机新技术当中的一项重要范例。图一所示为一个普通的DVB-H模组，当中包含有不少典型的电源要求，如表一所示。对于处理器应用来说，电池电力的消耗是最受关注的问题，需要配合高效率的稳压器来设计。图中供电给DVB-H模组的电源包含有两个稳压器，分别为一个开关稳压器和一个线性稳压器。只要配合得宜，这两种稳压器便可为DVB-H系统提供一个更加优秀的电源解决方案，进而延长行动电话中的电池续航力。
一般来说，今日的行动电话的体积已比之前的几代缩小许多，但像是DVB-H等新功能则不断对电源管理形成挑战。这些新式电话都需要一个既小巧又高效率的电源管理方案才能延长电池的续航力。本文提供了一个小巧及高效能的电源管理解决方案，配有优良的杂讯滤波功能，能够为DVB-H模组之类的处理器应用提供电源。
| 《图一 一个常见的DVB-H模块：处理器核心、内存、RX调谐器、低噪声放大器、锁相回路、天线、易受噪声影响》 |
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| 《表一 DVB-H的电源需求：功能区块、供电电压、电流、内存、RX调谐器、处理器核心》 |
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后端稳压（Post Regulation）技术带来尺寸更精巧的解决方案
同上所述，解决方案的尺寸对于行动电话而言相当重要，尤其在实作DVB-H模组时更是如此。图二的开关稳压器能够有效率地供电给DVB-H模组中的两个重要区域，但是需要搭配四个电容器和两个电感器。因此，图三提供了一个更简单也更好的方法为I/O和处理器核心供电，此方法采用的是后端稳压方式。图中，一个简单的高效能开关稳压器会与一个低输入低输出的低压降线性稳压器（LILO） 一起工作，以大幅减少元件的用量。这个低输入的低压降线性稳压器（LDO）不单可减少元件的数量，而且亦可维持系统的高效率工作。
低输出低输出LILO
LILO 低压降线性稳压器的特点是可用低的输入电压来工作（可低于2V），但仍可提供稳定的输出电压。此外，出现在LILO上的压降亦明显较低，这使得它的效率较标准LDO更高。
当典型的LDO由标准的锂离子电池（VIN = 3.2V 到 4.5V）供电时，它的效率便变得非常低。图四表示出一个具有1.5V输出电压的典型LILO，其效率会随着VIN的数值而变化。在较低输入电压时，其效率会较高，而当VIN的值提高时，效率便开始下降。 LDO的效率在较低VIN时会较高，原因是出现在LDO的压降较低，因此一个输入电压范围由2.7V到5.5V的LDO便不用在后端稳压中。换句话说，应该采用具备LILO特性的LDO，基于其输入电源的要求，可发挥出更高的效率。
| 《图四 不同VIN值下的LILO效率：效率、后端稳压、锂离子电池、电压轨、效率与VIN的关系》 |
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厂商DVB-H电源管理方案
目前厂商可提供的DVB-H供电方案仅占65平方毫米，如图五所示。外部元件加上采用MicroSMD封装的装置缩减尺寸。方案的电路板上包含了3MHz降压稳压器、一个超低杂讯的线性稳压器，以及两个LILO低压降线性稳压器。当中的LILO最适合用来供电给对杂讯极之敏感的RF调谐器。
降压稳压器的输出为1.8V，它负责驱动处理器核心的两个LDO（1.5VOUT和1.2VOUT）。由于两个LDO的VIN和VOUT之差别很小，这种后端稳压安排可使整体效率提升75％。此外，这些LDO不单有助减少元件的数量，它们的输出电容器更可滤除来自降压开关稳压器的所有子谐波，而这种滤波的效率甚至可高达10MHz ，达到LDO输出电容器的共振频率。
| 《图五 DVB-H 模块的65mm2 供电解决方案》 |
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杂讯管理
典型的开关稳压器有两种工作模式，分别为脉冲宽度调变（PWM）和脉冲频率调变（PFM）。每一种模式均拥有一个对应于其开关频率的个别杂讯频谱，该杂讯频谱包含有在PWM模式下、于固家频率或在PFM模式下于不同频率上出现的谐波和子谐波，其程度将视输出的电流而定。如图六所示，几乎所有电能都集中在第一个基本谐波（2MHz）之内，并且一路延展到额外的子谐波范围（即4MHz、6MHz和8MHz之类）。来自这些谐波的杂讯会被LILO的输入电容和输出电容所吸收，可是这些电容器在10MHz以上的较高频率时会出现限制。然而，谐波在图七中再次出现，原因是输出电容器在其共振频率以上时开始失效。在这问题上，可以在LILO的输出加入一个简单的低通滤波器来消除这些谐波。
| 《公式一 供低通滤波器用的建议数值》 - BigPic:823x237 |
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10MHz （在这频率下输出电容器便失效）= 62.8 Mrads /s
低通滤波器（LC）的转移函数 = ……….，当中w = ……
| 《图八 配备通滤波器后的LILO输出频谱：低通滤波器消除谐波示意图》 |
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后端稳压方案中的LILO VIN要求
除了效率和杂讯管理外，开关器的VOUT容限是设计系统时必须考虑的问题。开关稳压器的VOUT容限范围必须可满足LILO的最低输入电压。例如，在后端稳压应用中的LDO之输入电压范围是介乎0.7V至4.5V，至于在某给定输出电压下的最低输入电压便为VINmin = VOUT_正常 + 0.3V。假如LDO的目标输出电压为1.5V，以下的条件便必须被考虑：
- ●以S的LM5952和LM3677为例,若LM5952TL的输出电压为1.5V
- 输入电源要求VIN min = VOUT_正常 + 0.3V = 1.5V + 0.3V = 1.8V
- 若LM3677TL的输出电压为1.8V（假设容限为+/- 2.5％）
- VOUT min = 1.755V（不能支持LILO要求的VINmin – LILO处于压降模式）
- VOUT max = 1.845V
- 若选定LM3677TL为2.0V
- VOUT min = 1.95V （将可支持LILO要求的VINmin，并有足够的净空来应付暂态）
- VOUT max = 2.05V
后端稳压中LILO的暂态（transient）性能
系统可以经常出现暂态情况。无论它是输入电源变化的线暂态或是输出电流变化的负载暂态，都可使开关器或LILO的输出电压改变。以下是系统中线和负载暂态的一些例子。每当开关器的输出电压因线或负载暂态而出现下冲或过冲时，LILO低压降线性稳压器都会同时感受到一些下冲或过冲。不过虽然有这种变化出现，但这些下冲或过冲的力度都不会超出10mV。
| 《表二 表示为出现在开关器或LILO的典型线/负载瞬时的系统副作用》 - BigPic:675x302 |
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结论
针对DVB-H模组，正确配置后端稳压，可减少元件的使用量，以产出一个最小的解决方案，并且可延长电池的续航力，使系统的整体效率能达到80％。因此，当要在设计中建立理想的后端稳压网路时便需加倍小心，单靠一个简单的开关器和一个典型的LDO并不能成事，而一个高开关稳压器连同一个低输入低输出LDO才是驱动处理器应用的最佳方法。
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