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便携式应用处理器的电源管理解决方案

2010年04月20日 15:20 次阅读

便携式应用处理器的电源管理解决方案

当今便携式应用处理器的电源管理解决方案的集成度越来越高。总功耗、待机和深度睡眠的电流消耗会影响电池的大小、物料单(BOM)的成本和产品的认知度。

当设计便携式设备—如智能电话或PDA—的时候,系统设计工程师必须考虑许多电源的变量。随着它们消耗的功率越来越大,智能电话要求高度集成的电源管理解决方案,以便在尽可能最小的PCB面积中实现电池寿命最长的设计目标。

当今的应用处理器需要为内核、I/O、存储器和外部设备等等提供不同的电源域。例如,LP3971就是一种设计用来满足所有这些要求的电源管理单元(PMU),它利用了3个高效率的降压转换器和6个低压差(LDO)调整器。

应用处理器需要多种电源电压,这些电压可以通过核心电源管理和系统的架构进行优
化。LP3971具有由I2C控制的输出电压、工厂可配置的上电顺列和缺省的输出电压,可以满足范围广阔的系统要求。

本文重点讨论如何利用诸如LP3971之类的器件与降压型转换器及LDO功能相结合,为PDA/智能电话应用中的微处理器的低电压供电。

当设计一个系统的时候,必须对架构进行平衡,包括成本、PCB面积、元器件大小、通话时间、待机时间、电池容量和进度表等等的要求。微处理器RAM需要1.5V、最大电流为400mA的电源。让我们从最简单、成本最低的解决方案—直接连接到锂电池的LDO—开始(下图1)。


 
电池电压将从4.2V开始跌落到3.2V,在该电平系统进入深度睡眠,直到电池被充电或更换。图2所示为一个典型的锂电池放电周期。

对于如图1所示的配置,LDO 5的效率将是:

LDO百分比效率= [(Vout * Iout) / Vin * (Iout + Iq)] * 100

对于本文中这个和其它的例子,相对Iout(400mA)而言,Iq因为非常小被忽略了(40mA)。

效率方程式然后变为:

百分比效率=[(Vout)/(Vin)] * 100。

对于Vin = 4.2V 且 Vout = 1.5V, LDO的效率为1.5/4.2 = 36%。总功率Pt = 4.2 * 0.400 = 1.70W。

所有没有被传递到输出负载的功率将以热量的形式在LDO内部被耗散掉。耗散功率为:

耗散(Pd) = (Vin - Vout) * Iout = (4.2 - 1.5) * 0.400 = 1.1W, 耗散为热量。

我们刚刚计算了最大连续功率(Pt)。RAM在这个功率电平工作的时间不会太长。如果我们考察10%的占空周期,则平均功耗将是: Pt = 0.10 * 1.7 = 0.17W RAM以Imax的电流工作的时间取决于应用、电源管理固件和操作系统。在图2中,电池电压稳定在4.2V的时间不长。在3.6V的标称电池电压,Vout仍然是1.5V;LDO的效率为42%。

如果系统要求较低的功耗,那么,如图1所示的配置是不能接受的,要考虑如图3所示的解决方案,在它上面的LDO 5的输入被连接到降压转换器的输出,该输出被设置为1.8V以给存储器供电。对于如图3所示的配置,如果LDO 5的输入被连接到1.8V的电源轨,那么,效率的计算方法如下: 效率=Vout/ Vin = (1.5V/1.8V) * 100 = 83%

耗散的功率估算如下: Pd = (Vin - Vout) * Iout = (1.8 - 1.5) * 0.400 = 0.12W, 该功率将以热量的形式消耗掉。

LDO 5的效率是83%。注意:如果我们要采用开关电源而不是LDO 5,该效率可能低至85%,对于该模块来说,仅仅改善了2%。然而,整个效率取决于所采用的转换器类型。

利用LP3671降压转换器数据表提供的效率曲线(图4),因为如此,整个系统的双转换DC/DC+LDO的效率将为78%。LDO是最低成本、最小体积和最低噪声解决方案。

如果增加另外一个DC/DC转换器以给RAM供电,就要增加了非常大的外部电感器(3mm x 3mm,10 mm2),从而增加电路板的面积及整个系统的噪声。如果没有1.8V电源,那就可以采用任何低于Vbatt的降压转换器电压轨。LDO的输入电压越低,效率就越高,只要输入电压高于Vout + Vdropout。

当采用LDO为低电压微处理器供电的时候,没有理由表示担心。要问问你自己:“为了把系统的效率提高仅仅百分之几,我真的需要采用一个额外的降压转换器和电感器吗?”

利用降压转换器给低电压轨供电将增加电源管理IC的体积,如果增加一个3mm x 3mm的电感器,就会增加BOM的成本和PCB的面积。相比之下,LDO的成本低廉、外形小且便于使用。它还是能够针对你的应用进行优化的噪声最低的解决方案。

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发表于 2018-03-11 20:11 126次阅读
AMD专用晶圆格芯预计2019年推出7nm第2代...

处理器一条指令需要几个时钟周期

 时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时...

发表于 2018-03-11 09:58 118次阅读
处理器一条指令需要几个时钟周期

dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

本文主要介绍了dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开关稳压电源电路图详解)。UC3842是...

发表于 2018-03-09 16:54 888次阅读
dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...

本文主要介绍了0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压器可调电源电路详解)。本电源以LM31...

发表于 2018-03-09 16:20 1050次阅读
0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...

大师教你如何制作一个简单的16位CPU

与mv指令类似,mvi指令也将一个数据送入Rx当中,只不过这次的数据存在指令当中,是立即数,所以Rx...

发表于 2018-03-09 14:23 866次阅读
大师教你如何制作一个简单的16位CPU

电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理

本文主要介绍了电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理。220V交流电经过第一、二级EMI滤波后变成较纯...

发表于 2018-03-09 08:51 1574次阅读
电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理

简单直流降压电路图大全(五款降压变换器电路原理图...

简单直流降压电路图大全(五款简单直流降压电路原理图详解)。直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换...

发表于 2018-03-08 10:12 1963次阅读
简单直流降压电路图大全(五款降压变换器电路原理图...

直流电源的测试与规范

本文主要介绍了直流电源的测试与规范。直流电源有正、负两个电极,正极的电位高,负极的电位低,当两个电极...

发表于 2018-03-06 10:09 377次阅读
直流电源的测试与规范

可控直流电源有哪几种

本文主要介绍了可控直流电源有哪几种,旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直...

发表于 2018-03-06 09:52 554次阅读
可控直流电源有哪几种

CPU、MCU、FPGA、SoC芯片

目前世界上有两种文明,一种是人类社会组成的的碳基文明,一种是各种芯片组成的硅基文明。

发表于 2018-03-05 15:34 736次阅读
CPU、MCU、FPGA、SoC芯片

电源pcb设计

电源pcb设计指南,包括:PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺。

发表于 2018-03-05 15:10 664次阅读
电源pcb设计

电源电路PCB图分类

电源电路是一个电子产品的重要组成部分,电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏。

发表于 2018-03-05 09:21 460次阅读
电源电路PCB图分类

MWC2018未来旗舰处理器预测 骁龙845是...

每一代的骁龙800系列移动平台都集创新设计和强大功能于一身,其所带来的性能和功效均超乎想象,它不但赋...

发表于 2018-03-02 16:24 580次阅读
 MWC2018未来旗舰处理器预测 骁龙845是...

矿石收音机用配置电源吗

本文开始对矿石收音机的定义和优缺点进行了介绍。其次阐述了矿石收音机工作原理与矿石收音机电路图,最后分...

发表于 2018-03-02 11:43 232次阅读
矿石收音机用配置电源吗

LiFePO4电池用作军用电源的优势分析

在实际应用过程中应加控制电路进行短路保护,如果控制电路与电池之间线路短路,或者控制电路短路保护发生故...

发表于 2018-03-02 10:32 100次阅读
LiFePO4电池用作军用电源的优势分析

简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路...

本文主要介绍了简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路设计原理图详解)。在开关电源中电源反馈...

发表于 2018-03-02 09:25 2317次阅读
简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路...

泰克解读物联网如何推动电源效率、测试策略的创新

正如泰克科技公司应用工程师Seshank Malap所说,物联网正在设计及测试测量中引发一波创新潮。...

发表于 2018-02-28 18:02 119次阅读
泰克解读物联网如何推动电源效率、测试策略的创新

THX203H系列数字卫星接收机电源原理与检修

THX203H⑤脚为反馈电压输入端,正常电压约为1.2v~1.8V。当输出电压升高时,三端精密稳压器...

发表于 2018-02-27 16:00 481次阅读
THX203H系列数字卫星接收机电源原理与检修

高通推处理器AI引擎 GPU和DSP组件首先启用

目前,大多数移动机器学习(ML)任务(如图像或语音识别)都在云中执行。智能手机将数据发送到云端,并将...

发表于 2018-02-26 19:47 245次阅读
高通推处理器AI引擎 GPU和DSP组件首先启用

中科院和阿里云发布11比特的云接入超导量子处理器

量子计算具有划时代意义,近日报道中科院阿里云发布11比特云超导量子处理器,不仅能用于了解处理器的性能...

发表于 2018-02-26 12:03 197次阅读
中科院和阿里云发布11比特的云接入超导量子处理器

联发科反击战打响 P系列处理器决战2018

今年的联发科将会迎来不一样的发展,将改去年的萎靡,上演一场精彩的反扑大戏。据悉联发科的订单将从今年3...

发表于 2018-02-24 14:49 549次阅读
联发科反击战打响 P系列处理器决战2018

实用ups电源电路图及电路工作原理图文解析

当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流式电稳压器,同时它还向...

发表于 2018-02-23 11:42 1106次阅读
实用ups电源电路图及电路工作原理图文解析

Android Wear智能手表瘫痪 高通并未更...

Wear 2100即将迎来两周岁纪念日,但是据有关消息报道,Android Wear已经几乎瘫痪,更...

发表于 2018-02-12 14:25 168次阅读
Android Wear智能手表瘫痪 高通并未更...