目前市面上已經陸續出現新一代小巧玲瓏，同時擁有豐富功能的行動電話，這些最新的手機不僅在體積上要比上一代輕巧，還能夠提供PDA、電子郵件發送、即時通訊等功能，甚至可以在尺寸更大、色彩更豐富的螢幕上進行網路瀏覽，部份機型還加入了包括FM收音機、MP3播放器，甚至是效能還算不錯的數位相機等功能。但無論加入了什麼額外功能，消費者還是希望能在不增加體積的情況下延長電池的使用時間，而要將更多的功能塞進更小的體積內，同時還要更省電；這些需求已經讓電源管理設計成為重要關鍵，為了迎接這些挑戰，類比晶片製造商也持續努力開發出體積更小、效能更高的電源管理解決方案。

電源管理晶片

在大部份手機的核心都有一個電源管理晶片（Power Management IC；PMIC），PMIC負責大部份的電源供應需求以及其他如介面或音訊等功能；先進的類比半導體製造商提供了全客製化、半客製化以及標準產品等各種PMIC選擇，而且通常採用針對混合信號與電源供應最佳化的5V次微米BiCMOS製程設計，其他尚未整合的手機功能也將在未來逐漸整合到PMIC中，不過在步調上則必須加以考量，如(圖一)。基本上不將特定功能整合有許多原因，分別為：

要將更多功能盡可能整合的主要理由明顯地就是成本與體積的節省，特別是在大量生產的手機產業中整合的動作更是常見，而風險的控管則可以透過逐漸的整合設計來達成。

《圖一　整合多種功能的手機電源管理晶片案例功能方塊》

低壓降線性穩壓器

行動電話中大約需要5到12個獨立的低壓降（Low Drop Out；LDO）穩壓器，需要這麼多數量的原因並不是有這麼多的獨立電壓需求，而是LDO同時還扮演著具備電源拒斥比（Power Supply Rejection Ratio；PSRR）切換開關的角色，以用來避免雜訊的耦合，大部份的LDO都已經整合到PMIC中，但部份的離散元件則可能因為電路板的佈線與繞線、特定元件如電壓控制振盪器的雜訊敏感度，以及需提供給如內建數位相機等非標準功能電源等，而必須加以獨立。在這樣的應用上，採用SOT23封裝的單一150mA LDO是近年來常見的選擇，但是目前所開發出的新封裝技術、次微米製程與更好的設計，可以在更小的體積內提供更高的效能。

現在市面上已經可以找到在SOT23封裝中提供一個300mA的LDO、兩個150mA的LDO，或者是擁有標準與超低雜訊（10uVrms與85dB PSRR）選擇的小型SC70封裝120mA LDO；甚至有最新的超晶片級封裝（Ultra Chip Scale Packaging；UCSP）可提供更小尺寸的可能；而新推出的QFN封裝則能夠在3x3mm塑膠包裝下達到最大的晶片尺寸，同時提供最好的熱傳導性。QFN封裝帶來了更高電流容量的LDO以及在同一包裝內放入更多LDO的可能，甚至還有三個、四個與五個LDO，可以用來減緩採用獨立式元件與PMIC之間選擇的困擾。

處理器核心的降壓轉換器

雖然LDO相當簡單且小型，但是它的主要缺點在於效率，特別是在提供低電壓電路電源時，當手機中逐漸整合越來越多的PDA與網際網路功能時，就需要功能更強大的處理器。在此時，電源電壓由1.8V降到更低的0.9V，為了要將電池電流作良好控管，需要一個高效率的降壓切換式穩壓器來提供處理器的核心電源，在這裡需要考量的有成本低、體積小、效率高、靜態耗電低與快速的轉態響應等，要將這些不同的要求加以整合需要類比設計的經驗與創意，目前只有市場上領先的類比半導體製造商提供採用SOT23包裝，同時以1MHz或更快速度切換以搭配較小外部電感與陶瓷電容的降壓轉換器。

RF功率放大器的降壓轉換器

在日本成熟的行動電話市場上，降壓轉換器同時也被用來提供因與基地台距離不同而需變動Vcc電源的CDMA射頻功率放大器電源；當與傳送機率密度函數乘積時，降壓轉換器可以節省平均40到65mA的電池電流，依輸出電壓的階層數、PA的特性以及是在城市或郊區傳輸語音或資料而定。以日本與歐洲WCDMA創新者之一的前導努力成功經驗為基礎，目前韓國、美國以及其他歐洲行動電話製造商也已經開始測試或採用切換式穩壓器的設計。降壓轉壓器考量的順序為小體積、低成本、低輸出漣波與高效率，在這裡SOT23包裝的轉換器還是不錯的選擇，要將壓降降到最低，通常採用獨立的低導通電阻（low-Rds(on)）的P通道 MOSFET，在傳送較高功率時直接由電池供電給PA，而最新的降壓轉換器（如 MAX8500系列）則整合了這個額外的FET以進一步縮小整體系統的體積。

當手機配備更多個白光LED

對擁有彩色螢幕的無線手機來說，白光LED因為線路簡單且可靠度高，幾乎佔據了整個背光應用市場；白光LED效率比鹵素燈好，但還是無法追上螢光燈管。目前的設計大都利用三或四個白光LED來提供主螢幕顯示，兩個白光LED提供次螢幕（在雙螢幕設計中），以及六個或更多的白光或有色LED來點亮鍵盤；如果整合相機的話，還可能加上四個白光LED來提供閃光燈與MPEG影片的背光，整個加起來在手機中可能高達16個LED，而所有的LED都必須以定電流加以驅動。

在多年以前，日本第一代的彩色手機使用較無效率的1.5x充電泵與鎮流電阻（這個解決方案，基本已經浪費到為PA加入降壓轉換器時所希望節省的40mA），目前大部份的設計都採用以電感為主的升壓轉換器以取得更高的效率，但最新推出的1x/1.5x充電泵，則可在沒有電感的情況下得到相同的高效率，缺點則是需要更多的LED接線。

由於白光LED電源的市場龐大，因此市場上有許多晶片推出，主要提供高效率、小型外加元件、低輸入漣波（避免雜訊耦合到其他電路上）、簡單的亮度調整介面以及可以降低成本或提升可靠度的其他功能，如輸出過電壓保護等；部份的PMIC還加入了白光LED電源，但通常無法提供多個螢幕或相機閃光燈，或者可能效率不高或切換速度太慢，需要搭配較大型電感與電容並會產生較大的輸入漣波，因此通常需要加入獨立晶片與PMIC搭配，或採用整合度更高的離散解決方案，如(圖二)。

《圖二　高整合度的行動電話LED背光電源管理解決方案》

電池充電

幾乎每個手機都透過簡單的線性充電電路，來對三個鎳氫電池或一個鋰離子電池充電；雖然為了簡化，電流感測電阻或旁路電晶體會採用外加，但大部份的情況下這個充電電路都會整合到PMIC中，有許多方法可以將溫度控制在合宜的情況下，例如：

@內標(1)以C/4或以更小的電流充電；

(2)讓市電變壓器的輸出成為電阻式，以便讓大部份的壓降在那裡發生；

(3)採用脈衝式充電以及限流市電變壓器；

(4)加入市電變壓器的回饋或穩壓使旁路電晶體上的壓降固定；

(5)加入一個固定溫度控制迴路以控管電流維持穩定的晶片溫度；但這只有在旁路電晶體內建在PMIC時才可行。

獨立的充電晶片雖然可以帶來部份的彈性，但對行動電話而言，這些彈性會因為內建整合的充電器，可透過PMIC的串列介面加以控制以滿足各種不同電池材質或容量而大大降低吸引力。

結語

配備彩色螢幕、整合多種功能的行動電話已成消費者的新寵兒，因此如何針對消費者之各種不同需求來進行設計行動電話的PMIC設計，已成各家業者的重要課題；而在業者持續為開發新元件付出心力的同時，獲利最多的將是可享受到更高效能手機產品的廣大消費者。

（作者任職於Maxim Integrated Products）