智能手机电源管理模块的设计

智能手机电源管理模块的设计

作者：芦昱昊

来源：《电子技术与软件工程》2017年第04期

摘要随着国民生活质量的不断提高，电子产品更新换代的速度也越来越快。通讯产品中的电源动力系统一直是开发者关注的重点，也是用户选择智能手机的关键选项，因此对智能手机电源管理模块的设计分析是十分必要的。

【关键词】智能手机电源模块设计管理

手机行业的发展变化可谓是日新月异，近年来肉眼可见的黑白屏到彩色屏、仅有通话功能到目前的各种实用应用，都是智能手机功能进步的体现。然而这些复杂功能的实现都是需要稳定的电源系统作为支持的，因此开展电源模块的电压以及效率设计管理是为智能手机的良好发展前景奠定基础。

1 智能手机电源管理模块的设计原则

智能手机的设计过程是设计师明确消费者对设备要求下进行的，因此需要从体积、重量、续航时间上等多方面进行详细考虑。智能手机体积的缩小处理是针对系统集中功能和元件封装技术的体现，因此需要考虑到减小PCB板后产生的各种影响。在体积和重量都有限制的情况下，提高电池的容量和密度是最佳的创新选择，同时注重电源系统在工作状态下的转化频率，也是处理续航时间的主要方案。由此可知，电源管理模块的转化率和能耗是手机改革重点，手机厂家需要从电能转化的效率和电源的使用效率两方面提高设备的科技含量，制造出具备高性价比和满足消费者需求的优势产品。

2 智能手机电源管理模块的设计分析

2.1 PMU

市面上很多电子产品需要根据实际功能调节出不同电压的电源，也就意味着电池在供电的同时还需要根据芯片迅速转换电压，转换期间的功率损耗也应当保持在规定范围之内，同时该电源模块还需要维持电源的充电安全。这样的新型电源模块电路被称作是电源管理单元，英文缩写为PMU，是为提高电源转化效率和降低能耗的电源管理方案。PMU的构架分为集中式和分布式，但是二者共同存在的几率很小，设计者需要在系统划分之初决定好使用哪种方案。集中式是仅执行PMU附近的单一处理器进行电压调节和电源切换工作，而分布式系统则是作用于每一个电源子系统上。二者的选择重点是从智能手机应用的数量和响应速度的要求，同时还要考虑到电源模块管理过程中的间隔距离。通过比较来看，PMU分布式的方案较集中式的灵活一些，只需要在系统之间加入一根电源轨，作为所有外围的电源连接线，那么每一个外围电

路都会使用该电源轨完成电源模块的管理工作。而PMU集中式方案需要预先了解到外围连接的区域，同时还要保障连接组合的实用性和有效应，设计和管理上都较分布式复杂很多。

2.2 DPM

DPM是智能手机运行期间对时钟或是电压进行动态管理达到提高电源效率的作用，由于该功能和系统运行的状态和应用开发密切相关，因此常常使用软件来完成DPM的实现。智能手机的工作模式调节往往是降低能耗的主要方式，因此DPM与设备的主CPU密切联系，从定义科学合理工作模式的角度提高电源的使用效率。中心管理系统在设备主频确定的情况下对工作模式做出了四种设定，分别是工作模式、空闲模式、休眠模式和关机模式。根据对四种状态设备的调查可以发现，工作模式中消耗的功率比其他的模式要大得多，因此在用户没有对手机进行频繁操作时进行合理模式的转化，是提高手机电源使用效率的基本原则，同时在用户使用设备功能时快速转换工作模式，恢复正常的使用功能也是提高用户感受的直接方案。智能手机的运行过程不仅仅要对软件的运行进行控制，还要从硬件连接的角度降低空闲外设的启动频率。目前智能手机已知可连接的外部硬件系统有摄像机、蓝牙系统、红外适配器、功率放大器、投影系统等等，但是很多功能都是在系统正常运行时处于空闲状态的，不能及时关闭就会形成电源模块不必要的消耗，影响电源的使用寿命。因此需要DPM开启设备主CPU对空闲外设的进行适时的关闭，降低电源模块的能耗提高智能手机的使用效率。

2.3 LDO

LDO是在传统线性电压调节器的基础上进一步提高的电压转换的准确性，用来处理对电压输入极其严格的芯片工作要求。LDO通常使用的电压传递设备被称为PNP，该功率晶体管处于饱和状态的时候，电压调节器可以处于很低的电压范围，而传统的电压调节器的压降数据为LDO的十倍，很难满足芯片对于负载降压的极致要求。因此为适应目前大量应用的锂离子电池的较低输出电压需求，LDO是较为科学的稳压器选择之一，该系统对输出电压和输入电压相近的电源模块管理有较大优势，即使在电源的能量剩余不多，LDO也能对电压做出平稳的处理，保障其设备的工作时长。根据生产技术的不同，LDO稳压器也分为很多类型，常见的类型有Bipolar、CMOS、BiCMOS等，随着成本和市场压力的变化，CMOS成为了目前电子设备市场的主流产品。LDO从组成上分析是对于电压调节的微型反馈系统，是由二极管、电阻系统、保护系统等一系列功能电路集成的芯片，因此对智能手机的性能、噪声、PSRR和启动时间等参数都有影响作用。在进行智能手机布线时需要从LDO的稳定性和响应能力进行考虑，还有对音频部分的干扰和噪声的输出，这直接关系着设备的外放能力和电源模块是否干净，如图1所示。

3 结束语

综上所述，智能手机电源管理模块的设计方案多种多样，但是基本的原则都是提高电能的转化率和使用率达到高性能的目的。便携式电子产品的使用在近年来越来越普及，在管理系统一致的情况下优化电源管理模块的设计则会成为企业提高市场竞争力的重要抉择。

参考文献

[1]徐进.智能手机电源管理模块和音频模块设计[D].上海：上海交通大学，2008.

[2]刘平.智能手机电源管理系统设计与故障分析方法研究[D].长春：吉林大学，2008.

[3]陈熹，陈英，戚正伟.一种智能手机电源管理方案的设计与实现[J].计算机应用与软件，2008（09）：80-82.

作者单位

华为技术有限公司广东省深圳市 518000