淺談全差動(dòng)式音訊放大器技術(shù)

當(dāng)今電子產(chǎn)品中要加入的功能越來(lái)越多，各功能對(duì)電源的需求也各不相同，因此推動(dòng)了電源管理技術(shù)的發(fā)展。例如集成無(wú)線(xiàn)設(shè)備的代表智能電話(huà)便結(jié)合了多種功能于一身，包括蜂窩電話(huà)、PDA、數(shù)碼相機(jī)、音樂(lè)播放器及全球定位系統(tǒng)(GPS)，各子系統(tǒng)都會(huì)對(duì)電源提出不同的要求。本文將討論先進(jìn)智能電話(huà)設(shè)計(jì)中在子系統(tǒng)電源管理方面應(yīng)考慮的因素。

先進(jìn)的智能電話(huà)系統(tǒng)(配有手機(jī)和AC適配器/充電器)由五個(gè)主要電路板組成：顯示板、基帶主板、按鍵板、鋰離子電池板及AC適配器板，同時(shí)它還要為數(shù)碼相機(jī)、藍(lán)牙或其它功能提供附加模塊。相應(yīng)地，電源管理也分成五個(gè)子系統(tǒng)。我們將從電源管理芯片的角度分析這些子系統(tǒng)，其中包括集成電路和分立器件如LED。這些子系統(tǒng)分別是(圖1)：

1) 顯示板上的LED驅(qū)動(dòng)器IC及四個(gè)白光LED

2) 按鍵板上的LED驅(qū)動(dòng)器及八個(gè)白光或藍(lán)光LED

3) 主板上的電源管理IC

4) 電池組中的鋰離子保護(hù)電路和電量測(cè)量IC及MOSFET

5) AC適配器板中的離線(xiàn)控制IC

顯示板子系統(tǒng)

單色顯示器的背光可由不同顏色LED組成，一般都是采用四個(gè)相同顏色的LED燈，而智能電話(huà)的彩色薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)僅需要白色背光。白光LED二極管的正向?qū)妷狠^低，約為2.7V，只需簡(jiǎn)單的DC電流即可發(fā)光。因此，電壓為3.1V的DC電源VDD必須為這些器件施加偏壓。由于偏置電壓低，所以四個(gè)LED可直接使用單個(gè)鋰離子電池供電，而鋰離子電池恰好也是蜂窩電話(huà)的供電源。單片四LED驅(qū)動(dòng)器(如飛兆半導(dǎo)體的FAN5613)采用微型MLP 8引腳封裝，可為每個(gè)二極管提供40mA偏置電流(圖2)。由于長(zhǎng)時(shí)間電流控制會(huì)影響色彩的一致性，因此可通過(guò)開(kāi)關(guān)引腳，采用脈寬調(diào)制電源激勵(lì)LED，以增強(qiáng)色彩的逼真度。

按鍵板子系統(tǒng)

與顯示板的配置類(lèi)似，按鍵板也是采用LED燈照明，并通常使用八個(gè)白光或藍(lán)光LED。如果使用藍(lán)色背光，可用八個(gè)QTLP601C-EB InGaN/藍(lán)寶石表面安裝LED，并由兩個(gè)FAN5613 LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

主電路板

絕大多數(shù)電子元器件都集中在主電路板上，從基帶DSP、應(yīng)用MCU到收發(fā)器及模擬接口。其中，每個(gè)模塊均由專(zhuān)用穩(wěn)壓器供電。隨著智能電話(huà)的復(fù)雜度不斷增加，對(duì)電源管理的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。要達(dá)到這個(gè)要求，可采用基帶處理器內(nèi)的“電源管理器”，通過(guò)邏輯信號(hào)與外界進(jìn)行通信。在電源方面，穩(wěn)壓器可以接收邏輯信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

在某些情況下，所有穩(wěn)壓器要求通過(guò)直接邏輯信號(hào)就可進(jìn)入低功耗操作、休眠模式或關(guān)機(jī)模式。而另外在為基帶處理器供電時(shí)，電源管理則變得更加復(fù)雜，需要電壓源隨所處理任務(wù)的變化而改變，并提供剛好足夠所需要的功率，不多不少。這種情況下，穩(wěn)壓器需要與D/A轉(zhuǎn)換器及串行總線(xiàn)耦合，以便與主微控制器進(jìn)行通信。盡管這種技術(shù)聽(tīng)起來(lái)有些不尋常，但這樣的電源管理方案在筆記本電腦及其它一些電池供電的設(shè)備中卻很常見(jiàn)，并早就超過(guò)了智能電話(huà)今日才達(dá)到的復(fù)雜性，筆記本電腦所采用的電源管理方案目前廣為采用的包括英特爾的Speedstep及AMD的PowerNow。

圖3是主電路板分布式電源管理方案結(jié)構(gòu)，該方案將簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器、SMBus串行至并行接口組合在一起，讓CPU能以5位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率驅(qū)動(dòng)Vcore電源。開(kāi)關(guān)與線(xiàn)性穩(wěn)壓器結(jié)合，可在簡(jiǎn)單與高性能之間取得最佳平衡，并通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用邏輯引腳即能關(guān)閉所有器件。

電池子系統(tǒng)

電池組內(nèi)的電源管理主要包括鋰離子電池保護(hù)電路、電量測(cè)量IC及MOSFET。保護(hù)電路可測(cè)量電池電壓，一旦發(fā)現(xiàn)超出充電閾值即打開(kāi)旁路晶體管。電量測(cè)量可用于顯示電池充電的狀態(tài)，預(yù)測(cè)電池供電操作的剩余時(shí)間(圖4)。

AC適配器

AC適配器板可進(jìn)行AC線(xiàn)路整流，將電壓降至可由主電路板控制的直流低電壓，或直接轉(zhuǎn)換為單個(gè)鋰離子電池所需的恒定電流/電壓充電算法(此時(shí)它既作為適配器又起著充電器的作用)，只在前者情況下主電路板上才需要充電電路。圖5顯示了單個(gè)鋰離子電池AC適配器/充電器電路，它基于離線(xiàn)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，可達(dá)到最佳工作效率。在這個(gè)例子中，高壓產(chǎn)品FSDH0165直接通過(guò)AC線(xiàn)路供電，并集成了功率DMOS晶體管以降低復(fù)雜度。

本文結(jié)論

如今的移動(dòng)電話(huà)所采用的電源管理通常分為五個(gè)主要子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)具有各自的集成特性。主電路板需要很多低壓電源，因此集成度較高;與之相反，AC適配器(或適配器/充電器)需要高壓(600-800V)及相對(duì)于低壓側(cè)的流電隔離;按鍵板和顯示器板可采用相同的技術(shù)，即LED和LED驅(qū)動(dòng)器;而電池組內(nèi)的電路則是另一個(gè)獨(dú)特的區(qū)域，需要真正的混合信號(hào)技術(shù)進(jìn)行電量測(cè)量和保護(hù)。