用一颗简略IC延伸手机的电池寿数技能剖析

下降蜂窝手机功耗而且延伸其电池寿数是每一位手机规划工程师的方针。规划工程师正在不断将MP3播放器、照相机以及全运动视频等功用加入到现代手机中，然后需求不断地将功耗降到最低。

将手机首要芯片（例如模仿基带芯片和数字基带芯片）的电源电压下降——可能是2.8 V乃至1.8 V——是下降功耗的一种办法。可是当规划工程师需求保存一颗或多颗选用高电源电压的支撑芯片时呈现了问题。最常见的是智能手机的额定功用将需求较高的电压。其间一个比如便是合弦铃声，因为音频信号峰峰值规模大约在3.2 V左右，因而发生和传送这些铃声的电路一般需求4.2 V的电源电压。这样在基带和铃声电路之间的接口处呈现了问题。

为了阐明这个问题，咱们要运用模仿开关将语音或铃声切换到扬声器作为一个比如。为了使这两类电路共存于同一块印制电路板（PCB）上，要么折中功耗，要么运用基带芯片中的低电压数字逻辑驱动模仿开关。可是应当留意，选用后一种计划可能会失掉从基带芯片下降电源电压取得的节约功耗，因为当模仿开关作业在非抱负形式下，然后会发生很大的灌电流。

处理这个问题的一种简略办法是对来自基带芯片的数字逻辑做电平改换，以保持基带芯片运用1.8 V电压来节约功耗，可是这种计划需求更高的电压驱动有必要作业在更高电压下手机中的任何芯片。

为了进一步解说这种计划为什么需求电平改换器，让咱们看一下电流实践流向哪里。如图1 所示，模仿开关的数字输入是一个根本的CMOS缓存器，其由衔接逆变器的PMOS和NMOS晶体管组成。

图1

将信号加到缓存器的I/P输入引脚。当输入电压高于输入高电压（Vih）时缓存器的输出电压是Vdd（电源电压），当输入电压低于输入低电压（Vil）时缓存器的输出电压为GND（地）。这样保证模仿开关的门极电压为电源的某一端电压，然后使其信号规模最大。从0～Vdd扫描输入电压的一起监测电源电流（Idd）发生的如图2所示的I-V特性曲线。当输入电压是电源电压的任一端电压时，Idd降到最小值（0 μA）。可是当输入电压接近于缓存器的跳变点时，Idd急剧添加。因而，当施加到I/P端的数字输入电压为电源的某一端电压时，模仿开关耗费最低功耗。

图2

缓存用具有的特性曲线如图2所示。因为缓存器规划中所用的NMOS和PMOS开关管实践上是用作电压操控电阻器。这些芯片所体现的特性如下：
Vgs > Vt —> 晶体管导通
Vgs < Vt —> 晶体管关断
Vt被界说为门限电压，当高于该电压时在源极和漏极之间构成导电沟道。NMOS晶体管的Vt为0.9 V，PMOS晶体管的Vt为－0.9 V。因而，当输入电压是0 V时，PMOS（M1）处于导通状况，榜首级的输出是Vdd。在第二级中，NMOS（M5）器材处于导通状况，缓存器总输出为0 V。缓存器输入电压添加时（在到达最大电流曾经）会引起M1的阻抗添加（M1开端关断）以及M5的阻抗下降（M5开端导通），这时咱们将会看到Vdd和GND之间构成的低阻抗通道。进一步进步输入电压会使缓存器的输入输出晶体管对中只要一只晶体管导通。

咱们运用上述原理持续剖析模仿开关实例，考虑运用ADI公司的ADG884模仿开关在手机的合弦振铃器和语音之间切换。来自数字基带芯片的操控信号为1.8 V。如图2所示，若用1.8 V的数字信号直接驱动模仿开关，则电源电流应为120 μA。假如模仿开关的数字输入电压高于3.8 V，那么功耗实践上应为0。因而为了使模仿开关作业在最低功耗区域，数字基带芯片的数字信号需求改换为更高的电压。选用ADI公司的SC70超小封装而且一般仅耗费0.1 μA 电流的ADG3301作为电平改换器十分合适这项作业。如图3所示，它能够与基带芯片的电源电压和模仿开关的电源电压衔接而且在两颗芯片之间转化逻辑电平。

图3

当然，上面比如中的模仿开关能够是作业在更高电压下的任何芯片。今世移动手机由多个CMOS集成电路（IC）组成以完结不同的功用，例如音频以及视频和数码照相机。这些IC一般可作业在5 V～1.8 V之间的任何电压下，有时乃至是更低的电源电压。

总归，咱们选用电平改换节约功耗的计划以延伸电池寿数。应该考虑如下要素：低端移动电话一般运用600 mAh容量的电池。低端手机的电池待机时间为300小时（hr），其标称电流为2 mA。假如没有进行电平改换，本例中所运用的模仿开关将吸收4.8%的电流，可是假如通过上述的电平改换后其仅吸收0.04%的电流。