我的一個客戶是專門設計和生產手機的企業，這個產業的競爭非常激烈，客戶有許多嚴苛的要求，其一重點是電池壽命；而另一要求是手機尺寸，這兩者都必須經過最佳化處理，同時手機的成本也必須儘量減小。這種要求使設計人員在設計中務必謹慎仔細，儘量減少元件數目，並避免過多的耗電。

隨著各種功能不斷增加，手機已儼然成為一個處理器的匯總地，幸好，要找到工作電壓為1.8V的處理器並不困難。我還曾遇到過為帶有三個相鄰處理器的手機開發電源的挑戰，該三個處理器是用於提供諸如GPS、WLAN和藍牙之類的功能，而每個處理器都得單獨供電，以便在其處於空閒狀態時可關斷模組。這種設計的要求之一是耗電量必須最小，當電壓超過4.2V到2.9V範圍時電源必需關斷鋰離子電池。另一個要求是儘量減少元件數目和電路板空間；而最後的要求是把成本降到最低。

這個客戶採用了一個專門針對GSM手機而設計的晶片組。該晶片組的功率管理單元包含了一個1.8V的降壓調節器和一個2.5V的降壓調節器。按照這種組合，最顯而易見的解決方案曾是每個負載使用一個單獨的低壓降（LDO）調節器，以2.5V降壓調節器作為電源。由於降壓調節器專門管理線路電壓調節，因此LDO只需管理負載電壓調節即可。現有許多能夠滿足這種要求的小型調節器，這些元件的工作電壓為1.8V、電流300mA，而壓降只有180mV，完全能夠提供足夠的餘裕，如圖一所示。

《圖一　小型調節器線路範例》

若採用CSP封裝，則可使電路板佔位空間變得非常小，且元件數目也減至最少，能夠滿足客戶的要求。為了保持穩定性，這樣的調節器需要一個4.7μF的輸出電容。這種電容的最小尺寸是2mm×1.2mm，有利於減小電路板空間。儘管整體耗電量已經很低，但還是可以更低的。每一個調節器在線性調節中都會產生功耗，而線性調節的總功耗為315mW，相當於66％的總效率。即使在關斷狀態，每個調節器的靜態電流也達50μA。這樣一來，即使三個負載全都處於待機狀態，仍有150μA的耗電產生，可見確實仍有改進的餘地。

《圖二　小型調節器線路範例》

由於給負載供電的是降壓調節器，因此不必在每個負載上進行電壓調節，只需分別關斷對每個負載的供電即可。雖然一個簡單的開關就足夠，不過處理器的電源要求相當嚴苛。若出現正或負的電壓尖峰，處理器可能發生閂鎖現象。為了避免這種情況，可在電壓源上使用一個電容來消除電壓尖峰。如果採用簡單的開關來降低處理器的功耗，在處理器上電時便需要考慮到這個電容。在剛開始上電時，該電容的表現是短路，耗電量很大。這種瞬間短路現象會降低電源電壓，造成一大問題，因為電源電壓降低會造成線路上其它處理器的復位。解決辦法是採用一個智慧型負載開關來控制電流增加的壓擺率。這類元件能夠管理負載的增加，確保電源線路電壓保持在調節範圍內。

使用開關的好處在於提高效率，1.8V降壓調節器的效率為86％。智慧型負載開關的功耗主要是由開關的串聯電阻產生的。例如在指定電流下，總功耗只有3.6mW，亦即0.4％的損耗，相當於約85％的電源總效率，相比其它電源，效率提高了29％。

把功耗降至最低需要打破傳統的思維方式。以上述挑戰為例，我們採用非傳統的方法，開發出一個可滿足所有要求的電源。相比使用低壓降調節器，採用某些智慧型負載開關可以儘量降低成本和所需的電路板面積。這樣一來，就可以採用1.8V而非2.5V的降壓調節器，進而提高電源效率，延長29％的電池壽命。結果是，這個客戶將因此在電池壽命、成本和尺寸方面擁有很強的競爭力。

---作者任職於快捷半導體銷售市場部---