智能手機待機功耗挑戰及策略

在智能手機、平板電腦、數碼相機等消費電子產品中，待機功耗一直是一個關鍵設計難點。此外，這些產品需要無縫的功率管理和電池開關，以便提供更好的靈活性和電池可靠性。飛兆半導體推出的IntelliMAX智能負載開關能夠有效降低待機功耗，實現防止浪涌電流、過流保護等功能，幫助設計人員降低設計復雜性，同時達到更高的系統效率和可靠性。

據悉，IntelliMAX智能負載開關產品組合具有防止浪涌電流的壓擺率控制、過流限制和熱關斷保護、反向電流阻斷和低運作輸入電壓等特性，能夠處理眾多帶有多信道配置和高電壓與電流負載的應用。IntelliMAX系列的擴展產品利用單芯片解決方案解決了輕工業應用的動態功率難題，使得設計人員擁有通過現貨產品滿足設計需求的能力，減少了組件數目并且提高了效率。

傳統的負載開關采用2到3個MOS管加上電阻和電容來實現。但現在的手持設備如智能手機中，電池容量已經滿足不了應用需求，因此外圍部分需要進行優化。飛兆半導體移動、計算、消費和通信市場營銷暨應用工程部高級市場推廣業務經理李文輝解釋說，智能手機中除了主芯片之外還有很多外圍設備，如攝像頭、觸摸板、Wi-Fi模塊、GPS、藍牙模塊等，這些功能大部分時間處于待機狀態。IntelliMAX智能負載開關的一個重要優勢就在于可以降低待機功耗。他透露，“國內某款著名品牌的智能手機采用了IntelliMAX智能負載開關以后，待機時間從之前的一天提高到了3天。”

除了降低待機功耗，集成式負載開關的好處還包括采用壓擺率控制，可減小浪涌電流的影響(手機中攝像頭和Wi-Fi的負載較大，啟動設備時的浪涌電流會影響系統穩定);過流保護;實現系統上電排序。和傳統負載開關采用CMOS工藝實現不同，IntelliMAX智能負載開關采用飛兆BiCMOS工藝制造，可以支持很低的工作電壓，且靜態電流低于1uA。

圖2：IntelliMAX智能負載開關FPF1039和FPF1048

FPF1039和FPF1048開關適用于需要大電流能力和低導通電阻解決方案進行功率路徑管理的智能設備和便攜存儲設備，提供20m?和23m?的導通電阻，1.2V～5.5V和1.5V～5.5V的輸入電壓范圍，以及極低的關斷電流泄漏，有助于滿足低待機功耗應用的要求。TR = 2.7mS的優化壓擺率受控開啟特性可以防止帶有最高200μF大電容的電源軌的電壓下降。FPF1048還提供了真正的反向電流阻斷(True Reverse Current Block)功能，不論產品處于開或關狀態，均可避免不需要的反向功率。

FPF2165R和FPF2195全功能負載開關具有可調電流限制，非常適合帶有USB和HDMI等物理連接器的應用，應對可能會出現的大電流狀況。使用帶有外部電阻的限流功能，可以輕易調整輸入功率預算控制，提供反向電流阻斷特性，防止在設備關斷時出現不必要的反向電流。這些器件在恒流模式下工作，有助于防止電流損壞，并且在發生限流故障后維持限定的電流。采用2×2mm2 MicroFET封裝。

李文輝表示，在移動市場，飛兆的策略是通過與主流Chipset平臺供應商合作，提供搭配的解決方案或優化的IP，從而減少廠商研發時間和費用，加快產品上市。此外，飛兆擁有強大的移動IP有助于實現產品的差異化。

移動產品常見設計挑戰及應對

壓擺率控制系統挑戰：因為具有大電容的負載在開啟期間出現浪涌電流，瞬態輸入電壓會下降。欠壓閉鎖(UVLO)會使系統可能出現異常。

設計考慮：在給定Cout和Vin條件下，上升時間(Tr)直接影響浪涌電流。Tr可由集成PMOS的柵極驅動電流來控制：

根據最大允許Vin壓降和系統排序，實現正確的Tr。

過流限制系統挑戰：防止在連接損壞的負載的情況下回出現過流或者短路，由于功率過大，出現較大的Vin壓降，可能會導致系統出現永久性損壞，來自USB和HDMI等物理連接可導致此問題。

設計考慮：通過動態Ron控制，將過流限制在特定數值上

ILIM設置：固定或者可調節

ILIM精度：±25%、±10%或者±5%

三種OCP行為：關斷/自動重啟電流源模式

熱關斷設計挑戰：大功率耗散可能導致功率器件過熱或者損壞。

設計考慮：保護器件避免過熱，通常采用ILIM中的過電流源部件。需估算結溫，用于輸入功率預算控制。

圖3：RCB保護原理圖

反向電流阻斷(RCB)設計挑戰：反向電流可能經由體二極管從輸出端流向輸入端，即使在Cout大于Cin和無放電路徑的禁用模式下也是如此，引起系統錯誤。傳統RCB僅在禁用期間進行RCB，而真正的RCB在啟用和禁用期間都進行RCB。IntelliMAX智能負載開關實現了真正的RCB。