第三代(3G)手机可供给具有更多功用的各种特性。当顾客享受这些通讯设备最新及更好功用的时分，他们还持续要求单个电池的作业时刻更长、手机的外形尺度更小。虽然IC集成可协助处理尺度问题，但一起也会添加规划杂乱度并约束规划灵活性。当今的手机规划工程师有必要考虑多种因从来有效地优化电池运用，以延伸电池作业时刻。因而，有必要结合运用高度集成化的电源办理单元和高功用分立器材来进行电池办理、功率转化以及体系办理。
图1：3G手机的体系组成框图。
两难挑选：功用与电池功率
当规划一款高档无线设备时，规划工程师将面对一个两难挑选。一方面，他们需求将许多功用集成到一个一般由电池和显现屏的尺度、杂乱的用户接口和规划工程学所决议的特定外形尺度中;另一方面，电池的可用能量取决于决议它们能量密度与物理尺度的化学特征，这些不断改动的参数常常迫使规划工程师要更高效地运用电池功率，以满意顾客对待机时刻和作业时刻的要求。
现在的3G多功用手机能支撑多个空中接口，不只供给GSM、WCDMA等多波段调制解调器衔接，还可经过蓝牙、无线LAN、红外以及USB接口进行其它衔接。数码相机功用已成为许多手机的规范装备，它需求杂乱的相机引擎和高发光度的闪光灯来拍照高质量相片。跟着数据传输速度的添加，手机的视频电话功用也有或许完成。此外，高速运用处理器还供给强壮的音/视频处理才干，以支撑数字电视(DTV)信号和MPEG音频编解码。更新式的手机还将添加FM无线电和数字电视调谐器以添加手机的文娱价值。数据吞吐量的进步最终将需求高密度的存储容量，这可经过存储器扩展槽，乃至微型硬盘驱动器来完成。不难想象，这些无线设备大部分还将兼有便携式游戏设备的功用。
作为能量来历的电池在体系中占有重要位置。现在，简直百分之百的3G手机都选用锂离子电池，这种电池是一切可充电化学电池中能量密度最高的。大多数电池的尺度大约为50×40×5mm，容量在900mAh至1,200mAh之间。虽然燃料电池技能所能供给的能量密度将大大高于锂离子电池的能量密度，但由于技能与方针上的问题，估计还需数年时刻燃料电池才干得到广泛运用。此外，锂离子电池技能有望逐步得到改进，其电池容量或许添加30(。因而，体系工程师根本上还会持续运用可供给大约1,500-1,800mAh容量的锂离子电池。
这种两难挑选最终将驱动数字与模仿半导体技能转向下一个更低的功率节点，并推进超高效电池运用技能的开展。
集成与布局的问题
很显然，跟着一切功用都被集成到一个尺度相对较小的设备中，对一组适宜的高功用模仿与数字器材进行集成变得十分必要。为着重这种集成的杂乱性，图1给出了3G手机的首要体系架构。
图2：用于准确丈量电池电量的电池电量计。
但问题是：需求使哪些器材集成并怎么处理手机外形尺度对器材布局的影响?一个清楚明了的答案便是集成为基带处理器、音频子体系及接口器材供电的规范电源，这些规范电源为不同的手机渠道和运用相同根本芯片组的手机供货商所选用。但这存在两个固有的严重应战。
首要，工业规划上的考虑将答应依据所需功用和人类工程学、以多种不同办法规划手机。现在，电气规划需求考虑到手机或许被规划成棒状、蛤壳状或滑动式手机造型，它们都是选用不同的显现屏、键盘和扬声器装备。这些规划差异对怎么放置显现背光、相机模块及其它子体系都有很大影响，并且在某种程度上还会约束这些元件的集成。有时分，电源或音频功用的“一体化”集成或许意味着更长的走线、杂乱的电路板布局或由噪声带来的电气规划应战。
其次，手机制造商需求对手机类型系列进行赋有本钱效益的办理。为了用不同的手机类型满意商场需求，手机制造商有必要供给特性和功用水平不同的产品，而这些产品的价格也都不相同。要想在竞赛剧烈的商场中取得最高赢利，这些手机的本钱有必要随功用而改动，而这将无法把每种功用都集成到一个大IC上。假如某个特性不是给定的手机类型所想要的，那么应从电路板上卸下这个特定功用及其电源，以削减本钱。
此外，选用相同根本芯片组的手机制造商还需求使其产品有别于竞赛对手的产品，这也促进不对各种首要特性进行集成以坚持产品的差异化。产品差异化的典型比如或许包含(但不限于)：更亮的相机闪光灯、更强壮的喷灯形式、D类立体声音频功用、特别显现屏与键盘背光作用、MP3音频播映功用、FM无线电以及准确的电池电量计量等。
分立电源器材的挑选
如图1所示，为不同子元件供电的典型非集成电源器材，或许是作为手机电池组一部分的电池电量计、功率高但体积小的高频DC/DC内核电源、驱动相机闪光灯白光LED的高功用DC/DC升压驱动器、带OLED电源的白光LED背光驱动器、次显现屏以及具有超低电源按捺比(PSRR)的线性稳压器等。在进行大部分集成时，首要要集成顾客喜爱的一些已有特性，而具有更高功用和功率的抢先模仿半导体技能，包含经过优化的分立电源办理器材等，将随付运量的添加及功用的规范化而逐步被越来越多地集成。
图3：驱动高亮度相机闪光灯LED的高功率升压DC/DC转化器。
为进一步优化电源办理并尽量延伸电池作业时刻，有必要考虑以下三个重要方面的问题。首要，电池办理有必要能处理电池充电及电量丈量。其次，电源转化有必要尽或许高效地将电池功率转化为体系元件可用的功率。第三，用于剖析处理器的实践电源耗费并操控多个电源的体系电源办理，有必要对电池的运用进行优化。前两个问题可经过挑选适宜的电源办理器材来专门处理，而第三个问题则与首要处理软件的开发有关。
在电池办理中，电池“电量计”正变得日益盛行。传统上，电池电量一般用以下办法来丈量：先丈量锂离子电池的电压，然后运用存储在存储器中的电量查找表，查出可用的电池电量。该办法根据特定锂离子电池的电压-电量查找表，但由于3G手机的电源耗费特性很杂乱，并且锂离子电池的功用随时刻、温度及负载条件而改动，所以这种办法并不可行。为准确丈量剩下的电池电量以便让处理器更好地办理手机的电源耗费，人们选用具有“阻抗盯梢”才干、可丈量进出电池的实践电荷的高功用库仑计，这将使处理器可有效地运行在电池节约形式、准确地计算出电池耗尽的时刻，并在需求充电的时分向终端用户宣布正告等。图2显现的库伦计被集成在电池组中，并经过I2C通讯接口向主处理器发送电池参数。
在电源转化范畴，DC/DC转化器在为LED驱动与处理器内核电源供给高功率的供电处理方案上扮演着越来越重要的人物。为进步数码照像与视频会议的功用，CMOS与CCD传感器的分辨率在不断进步。跟着传感器的分辨率不断进步，要拍出高质量相片就需求更亮的光，这又将需求相机闪光灯更亮的处理方案。当照相手机的分辨率大于100万像素时，至少需求50勒克斯的亮度才干拍出高质量相片。而现在许多手机所能供给的闪光灯亮度都比这低，其闪光灯白光LED的驱动电流还不到100mA，这种规划实践上并不能改进相片质量。为真实地改进相片质量，需求用将近1A的电流驱动高功率白光LED，而运用电荷泵是难以供给1A的电流，由于此刻的电池电流将到达2A，将超出体系为此类功用预留的任何电池功率预算。为处理电池电流过大的问题，图3给出的高功率DC/DC升压转化器，可为相机闪光灯运用的白光LED供给高达700mA的电流。
图4：小型封装的高频3MHzDC/DC转化器。
手机中的几个子体系或许还需求准确的内核电压。线性稳压器一般被认为是一种用于电压调整的小尺度、低本钱处理方案，但当电流大于200mA时，由于电源损耗过高，它们将开端需求既占空间又价格昂贵的散热片。电源损耗的发生是由于供电时存在较大的输入-输出电压差，此电压差与输出电流的乘积便等于电源损耗，例如，从3.6V锂离子电池上得到1.2V/500mA内核电压。当线性稳压器以33%的功率进行稳压，并耗费很多电池功率、发生很多热量的时分，DC/DC转化器却能以高于90%的功率很好地作业，并且只耗费LDO功耗的一小部分。
选用最先进的模仿工艺与规划技能的最新一代DC/DC转化器具有几个可节约空间的特性。图4是一种可供给高达500mA内核电流的超小型、高精度DC/DC降压转化器。由于集成了两个开关晶体管，所以该电路仅需一个电感和两个小%&&&&&%。共同的操控架构可使电源对负载瞬变做出快速反应，并坚持±1(的高电压调整精度(这正是现在高功用处理内核所要求的)。3MHz的开关频率可使电感巨细削减至仅为1uH，然后答应运用高度小于1mm的薄型芯片电感。这种器材还供给芯片级封装，%&&&&&%尺度可减小至2×1mm，因而整个处理方案可被构建成安装在5×5mm2巨细的空间里。为进一步削减电源耗费，高档DC/DC稳压器还具有主动的脉冲频率调制(PFM)/脉宽调制(PWM)形式转化功用，以尽量进步宽负载范围内的转化功率。在轻负载情况下，转化器作业于PFM形式，而当负载电流大于50mA时，则选用PWM操控，这样便能够80%至90%的功率供给1.8V/500mA的内核电源。
本文小结
电源与其它模仿器材的集成是不可避免的，其关键在于挑选那些已开展成为规范并被多种手机渠道选用的功用。推进功用差异化的抢先技能一般首要运用在可进行特性定制的分立元件中，这对顾客及手机系列类型办理十分重要。总归，电源办理器材正持续在尺度、功率及电源耗费方面应战本身极限，并在减小手机的外形尺度与分量方面扮演重要人物。
