2005年对以电池驱动的便携设备的电源管理解决方案来说，将是充满机遇的一年。这些设备的制造商不断在寻求各种可能的方式，以把更多的功能合并到一个已经很紧凑的外壳中，这说明他们将不断需要具有高度集成、最小占位面积、最高运行效率的集成电路解决方案，以延长电池的使用时间。
需求日益增长ASIC力不从心
目前的便携式设备中大部分都采用单节锂离子电池作为主电源，之所以选择可再充电的锂电池，而不是镍或碱电池，主要是为了实现在最长的电池使用时间和最轻的重量之间取得最佳平衡。但由于存在多个充电电源和多个电源轨，要想在有限的电路板空间内取得最佳效率，管理电池的输出/入功率就变得非常复杂。
要说明这一点，只需看看数码相机、MP3 播放器、GPS 接收器和PDA 这类产品即可。这些产品大部分由 AC适配器、USB或锂离子电池提供电源，然而，在这些电源之间管理电源轨控制是一个很大的技术挑战。直到最近，设计师还是通过分别采用多个 MOSFET、运算放大器等来实现这些功能，但这样一来却需要面对热插拔及巨大的浪涌电流等问题，而这将对整个系统产生很大的影响。
大部分以电池供电的便携产品已经采用ASIC来解决电池充电、电源路径控制、提供多路电压，以及如真正输出断接和精确USB限流等保护功能的问题。采用这种方法的原因显而易见，因为可以实现在单个器件上满足所有电源管理的需求，可惜的是，这种方法同样存在不足。首先，ASIC是通过特定的晶圆而制造，由于受到制造工艺的限制，因此很难使各项功能的性能都能最大化。其次，ASIC的定义和开发周期通常很长，在要求设计周期短而且动态变化快的今天，这一问题变得越来越严重。从概念到出货，电源管理ASIC需要用上一年半时间的情况并不罕见，而在此期间，某一产品的设计需求可能已变化了三次以上。
万变不离其宗
ASSP应对挑战
以MP3 播放器为例，仔细研究一下就可发现，虽然不同厂商生产的MP3播放器千差万别，但在特性和功能上还是具有一定的共同点，因此可以采用专用标准产品(ASSP)，而不会像用单一晶圆工艺生产集成电路那样对任何常用性能造成影响。目前在这些应用功能方面集成度最高的产品，已可以无缝地管理AC适配器、USB线缆、锂离子电池之间的电源供应，并满足USB电源标准，有些产品还具有一个能够提供高达800mA充电电流的全功能锂离子充电器，以及能够产生大部分USB外设所要求低电压轨的两个高效同步降压转换器。不仅如此，这类高集成度的创新产品在电源提供方式上也与前期的电源管理集成电路不同，后者均为充电器馈送型系统，在这些系统中，外部电源不直接为负载供电。相反，电池通过适配器或USB端口充电，然后再为负载提供电源。当电池被深度放电时，对负载的供电就会延迟，直至在电池达到所要求的最低电量时才能供电。而前者则能消除这种延迟，只要AC适配器或USB电源一接通，便携设备即能上电，甚至还可将负载没有使用的电源用来向电池充电。
现今，几乎所有的蜂窝手机都采用彩色主动矩阵LCD来显示用户所需的不同类型信息和数据。然而，制造商所面对的挑战是确保用户在各种环境下都能从显示屏上阅读到信息。为了实现这个目标，他们必须为彩色 LCD 提供适量的背光。背光通常由白光LED产生。同样，也要求用一种紧凑、有效和低噪声的方式为这些 LED 供电。
在白光LED驱动器领域，有两个适宜的解决方案，即采用低噪声无电感器型 DC/DC 转换器(常被称为充电泵)或升压型 DC/DC 转换器——两者间的主要区别在于是否需要电感器。无电感器型 DC/DC 转换器适用于空间要求高而又需提供低到中级负载电流的应用。此外，它们都需要采用小型封装且几乎不要求设置外部元器件，典型的应用只能有3个陶瓷电容器。而大多数升压型 DC/DC转换器则专门用于为白光 LED 背光提供高效和持久的驱动。
当前在手机中比较流行的一种功能就是内置能够拍摄高分辨率静止和视频图像的数码相机。相机性能的增强对相机于室内或昏暗光线下使用时的大功率白光源提出了更高的要求。白光 LED 早已广泛用于彩色显示器背光，成为了在具备相机功能的手机应用中的主要光源。这主要是因为白光 LED 具备了当前手机设计者所需的性能：小尺寸、大的光输出、以及能够提供“闪光”或连续“视频”景物照明。目前许多公司都开发了大输出功率 LED 以专门用于集成照相机光源。虽然这些专用的照相机 LED 非常适用于对景物进行照明，但这同时也是消耗电池功率的另一个重要因素。
用大功率LED产生可见光的基本原理非常简单，但是在现有设计上要产生高性能电源和电流控制解决方案却非常困难。不过幸运的是目前市场上已有专门在大电流相机光源领域中优化效率、准确度以及控制LED电流的产品。其中一些代表性产品利用了一个同步的降压-升压型电源结构和可编程的低压降电流源以调整LED电流根据输入电压和LED正向电压，在同步降压、同步升压、以及4个开关降压-升压模式下自动转换。每个电流源都具有自己独立的控制环路，能够在非常低的LED引脚电压下调整电流以减少功耗。此外，通过用来保证所有电流源处于稳压状态下的最低电压来调节输出电压，从而可使整体的效率得以优化。
目前，在新型功能丰富的蜂窝手机设计的发展趋势中用开关电源替代线性稳压器已经成为新兴主流，然而，这种变化虽然能延长电池寿命却又引发了其它设计问题，因为蜂窝手机具有噪声敏感的无线电路和板上敏感的 RF 接收器，噪声发生器(开关电源)和噪声敏感电路的结合很可能会产生干扰。
传统的解决方案是将噪声发生电路和噪声敏感电路分离开来。但如智能手机等现今手持产品要将所有部件紧密封装已不再可能，仅仅依赖于屏蔽的方法无论在成本上还是体积上都不可行。 传统的开关电源是将噪声能量集中到窄带谐波中，一旦其中一个谐波与敏感频率相一致(例如，接收器中频频带)就可能导致干扰。这一问题驱使 IC 制造商设计产品时既要考虑输入也要考虑输出时的低噪声，以及低电磁干扰(EMI)辐射。目前一些实践成功的降噪技术已用于 DC/DC 转换器的系统时钟抖动。这种方式以及产生的扩展频谱操作使开关频率能通过伪随机数(PRN)序列进行调制，从而去除窄带谐波。
高集成、高性能仍是趋势
总而言之，随着便携产品数字集成电路逐渐采用亚微米 CMOS 晶圆制造工艺，CPU 和 DSP 核电压都被降至 1V 以下。这就要求新一代电源转换集成电路的电压输入一定很低，而且提供的输出电压也要低于 1V，同时还要具有相适应的输出电流、高转换效率、低噪声以及扁平紧凑的引脚。可以预见2005 年对于电源管理领域还将具有很多挑战，但目前电源公司正面对这些不断涌现的新趋势，为客户提供迎合需求的创新解决方案。■