应对便携式电源管理挑战

——Dialog Semiconductor电源管理和音频部门营销总监Mark Jacob谈整合电池供电设备的效率和优异性能

便携式电源管理面对着诸多的挑战，包括提高效率来管理热量累积、改善放电过程中的系统功率效率、降低BOM数和PCB面积、以低功耗进行大音量的音乐播放。Dialog半导体有限公司推出的第二代系统级电源管理芯片DA9057恰恰可以满足上述需求。该款芯片内置了G类编码解码器（codec）。其5个片上直流/直流转换器为一个5mW功率预算的24比特立体声音频耳机回放提供较佳支持。这将为具有音乐功能的设备进一步延长电池寿命。

图1：第二代系统级电源管理芯片

挑战和解决之道
诸多挑战之一是充电过程的热管理，为的是防止快速充电时热量积聚在封装内。如果采用1.3A开关电池充电器，在USB充电时，可增加可用系统电流超过500mA；充电器DC/DC跟踪电池电压，以较大限度降低Pdiss。典型的线性充电器会产生1.8W的热损失，在相同条件下，开关充电器仅产生的为0.5W的热损失。DA9057可以节省超过1W的功率：热量积聚低于3倍。

 
图2：开关电池充电器

挑战之二是改善放电过程中的系统功率效率。首先，DA9057采用“自动模式”开关稳压器，其每个都可编程以适应特殊的负载要求，如恒频（用于射频）、脉冲频率（用于数字）、线性模式（适用于模拟）和自动模式。还可以实现功率效率优化，而没有软件开销。DA9057集成了4个自动模式降压型稳压器，可提供高达2.4A总电流。其次，DA9057采用了级联DC/DC降压+稳压器，可以实现低输入电压LDO，工作电压可从1.5V至1.9V（而不是2.7V/min）；因此更容易从降压预稳压器供电；智能镜（Smartmirror）静态控制；提供良好的性能。该技术可以提高功率效率2倍。DA9057集成了10个低输入电压稳压器，可提供高达1.5A的总电流。

 
图3：级联DC/DC降压+稳压器可提高功率效率2倍

挑战之三是降低BOM数和PCB面积。DA9057（7x7mm）的功能集成可以节省电路板面积；电源集成提高了功率密度，可以用49mm2进行5A峰值电流处理，包括实现1.3A标准充电/电源路径、2.4A降压DC/DC、1.5A线性稳压器、1.0A升压（外部FET）。

 
图4：通过集成可以省去多个芯片

挑战之四是以低功耗进行大音量音乐播放，用D类扬声器驱动器升级AB类，降低功耗4倍。其优点包括：能够在5V时为4欧姆扬声器提供3.1W，具有98dB的高信噪比和1％的低失真；为了达到较佳效益和低EMI，驱动器可以靠近扬声器负载；高达90dB的PSRR和60dB的CMRR可在存在板噪声时提供高质量的音频。

 
图5：采用DA7201提供功效

确保散热和更短充电时间
DA9057将业界较灵活的电源定序器与一个全可编程滤波器/混音引擎结合，支持更广泛多样的基于ARM的多媒体处理器。
该器件通过将双输入开关USB电源管理/锂电池充电器和5个可编程直流/直流转换器的整合，实现功率处理能力的较大化。这一架构增加了送达一个系统的可用电流，确保了“即时上电”操作并支持手机散热和更短的充电时间。
原始设备制造商们（OEM）可通过一个专用的可编程图形化用户界面，轻松地对系统的电源排序要求进行优化；甚至在设计周期的后期还可以添加附加功能。
DA9057的内置真接地G类耳机驱动器与标准的AB类放大器相比，效率高出70%以上。
此外，Dialog还推出了一款独立的免滤波D类扬声器驱动器。DA7201是一款3W单声道音频功率放大器，可驱动4欧姆扬声器负载。与AB类同等组件相比，DA7201是其典型效率的两倍，占板面积则更小。
DA7201的接口被设计为可与DA9057的差分线路输出直接连接，其1.5mm2的微小占位面积可靠近扬声器放置，提供的峰值效率高达90%以上，并与嵌入单声道或立体声扬声器一起用于便携式应用中可降低发热。DA9057和DA7201都可直接连接电池。
随着智能手机等手持移动互联设备的功能日趋强大，在产品外壳内释放占板空间、管理功率预算以及生热等的压力已经成为客户们较关注的问题。我们的应对举措是在更高的集成水平上将各种较佳电源效率技术进行精密结合，从而为这一迅速发展的市场提供非常小型化的、灵活的混合信号解决方案。
DA9057集成的其他功能还包括：一个可编程LED背光驱动器、备份纽扣电池充电器、触摸屏接口、带侧音的语音频带编码解码器、自动电平控制（ALC）、通用的滤波引擎和5波段均衡器。
DA9057的工程样片采用7x7mm BGA 169封装供货。DA7201的工程样片采用晶圆级CSP 9封装，将从4月份开始供货。这两款芯片将于2010年第四季度开始批量供货。
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