2G 電話的集成度較低，其集成器件可能是數(shù)字器件（如 DSP 與 ADC），也可能是模擬組件（如電源管理系統(tǒng)）。在設(shè)計(jì)電源管理系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常會(huì)先考慮成本及大小，然后再考慮其效率。由于線性穩(wěn)壓器只能對(duì)其輸入電壓進(jìn)行降壓，所以只有當(dāng)電壓降至 3.3V 時(shí)才能使用該電池。使用中低電流的線性穩(wěn)壓器可以將電池電壓降至 3.0V 至 2.8V 范圍內(nèi)的剩余電源電壓。在 3.xG 電話芯片組中，目前的基帶處理器包括 DSP、微處理器／控制器、用于控制射頻的 ADC 與 DAC 以及音頻信號(hào)處理。該處理器的內(nèi)核電壓將降至 1.2V 或 1.2V 以下，而 I/O 與外設(shè)電壓則開(kāi)始降至 2.5V 到 3.0V 之間。由于 3.xG 電話電源電平的電流需求通常大于2G電話，因此 3.xG 設(shè)計(jì)人員需要 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，以提供比線性穩(wěn)壓器更高的效率，從而延長(zhǎng)電池使用壽命。
　　要進(jìn)一步延長(zhǎng)電池使用壽命，許多設(shè)計(jì)人員都需要考慮在終端電壓降至 2.7V 時(shí)使用鋰離子電池。為此，他們面臨著生成 3.3V電壓的挑戰(zhàn)。如果設(shè)計(jì)人員將電池電壓降至 2.7V，并使用正降壓－升壓或 SEPIC 轉(zhuǎn)換器來(lái)提供 3.3V電壓，則便攜設(shè)備將會(huì)有更長(zhǎng)的電池使用壽命，這似乎有一定的道理。但是，如果對(duì)表 1 中的 600 mAh 電池進(jìn)行簡(jiǎn)單分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)情況并非如此（表 1）。如果充分利用 SEPIC型轉(zhuǎn)換器的電池電量，而不是將電池電壓穩(wěn)定在 3.3V，并使用最高效率的降壓轉(zhuǎn)換器，則所節(jié)約的電池電量非常有限。
　　此外，如果考慮到雙電感器 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的成本較高，或 考慮到某些新型、更高效率的正降壓－升壓轉(zhuǎn)換器，則將電池電壓穩(wěn)定在 3.3V 并使用高效率開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)提供 3.3V 也不失為一種有效的方法，甚至可能是一種更誘人的選擇。因此，下面介紹的離散解決方案使用了降壓轉(zhuǎn)換器，而集成解決方案則使用SEPIC 轉(zhuǎn)換器來(lái)提供 3.3V 。
　　系統(tǒng)概述
　　智能電話中對(duì)不同組件的電源要求不同。圖 2 中顯示了蜂窩電話中主要組件電源需求的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。例如，射頻部分的 VCO 與 PLL 要求電源電平具有極低的噪聲與極高的電源抑制，以確保提供最高的收發(fā)性能。因此，盡管線性穩(wěn)壓器的效率非常低，但由于它沒(méi)有輸出紋波，因而對(duì)于該電平來(lái)說(shuō)是最佳的選擇。此外，它對(duì)在 IF 頻帶外保持 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的交換頻率以及其第 2 個(gè)與第 3 個(gè)諧波來(lái)說(shuō)非常重要。由于 DSP/CPU 內(nèi)核電壓已降至大約 1V 左右，因此基于電感器的高效率開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器也是合適的選擇。提供屏幕背光的白色 LED 可通過(guò)充電泵或基于電感器的升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。

　　動(dòng)態(tài)電壓估量
　　圖1顯示了功率需求最大的兩個(gè)組件，一個(gè)是射頻部分，其主要是發(fā)送器的功率放大器 (PA)，另一個(gè)是基帶處理器。根據(jù)電話距離基站的遠(yuǎn)近程度，一次呼叫 PA 可消耗高達(dá) 75% 的總電量，而在待機(jī)模式下僅消耗 30%。通常，帶有非線性 PA 的舊式 GSM 電話發(fā)送器的效率大約為 50%。但是，像 WCDMA 這樣的最新標(biāo)準(zhǔn)則要求幅度與相位同時(shí)調(diào)制，而這只能通過(guò)工作效率在 25% 至 35% 之間的線性 PA 來(lái)提供。此外，CDMA2000 1x 電話的正常基帶處理器負(fù)載要求均在 60  至 120 mA 之間。因此，為 PA 及處理器提供最大功效是至關(guān)重要的。

　　與大規(guī)模集成 IC 中所采用的技術(shù)類似，動(dòng)態(tài)／自適應(yīng)電壓估量 (DVS/AVS)在閉環(huán)系統(tǒng)中將處理器與穩(wěn)壓器鏈接在一起，該系統(tǒng)可對(duì)數(shù)字電源電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以達(dá)到執(zhí)行相應(yīng)操作所需的最低電平。PA 經(jīng)過(guò)專門優(yōu)化，可在最大的發(fā)送功率下提供最高的效率。由于大多數(shù)手機(jī)在使用時(shí)都距基站較近，因此手機(jī)無(wú)線電可將發(fā)送功率降至維持高質(zhì)量通信所需的最低水平。電源級(jí)別降低時(shí)，PA 效率也會(huì)相應(yīng)降低。從圖 3 中可以看出，通過(guò)采用動(dòng)態(tài)電壓估量并調(diào)節(jié)功率放大器的電壓，可以將效率提高10% 到 20%。
　　由于數(shù)字處理器的功耗與電壓的平方成正比，因此動(dòng)態(tài)電壓估量也可用于CPU。如果 CPU 在待機(jī)或某些其它功能減少的模式下能夠以較低的頻率繼續(xù)操作，則可降低其電壓，以降低功耗、提高效率并延長(zhǎng)電池使用壽命。例如，假設(shè)OMAP1510 芯片使用具有 3.6 V、1Ahr 鋰離子電池輸入的 TPS62200 來(lái)進(jìn)行供電，其特性如下：
　　無(wú) DVS 的深度休眠（PFM 模式下的 TPS62200）： 
　　Vout = 1.5V @ 300uA
　　效率  =  93% 
　　具有 DVS 的深度休眠（PFM 模式下的 TPS62200）： 
　　Vout = 1.1V @ 250uA
　　效率 = 93%
　　AWAKE （PWM 模式下的 TPS62200）：  
　　Vout= 1.5V @ 100mA
　　效率 = 96%
　　假設(shè)用法配置為 5% 的 AWAKE 及 95% 的深度休眠，可以將輸出電源與時(shí)間的關(guān)系繪制成圖形，從圖中可以看出，通過(guò)采用深度休眠模式下的 DVS，電池使用壽命可延長(zhǎng) 9 小時(shí)。
　　離散解決方案
　　圖 4 顯示了通過(guò)分立 IC 并將電池電壓限制在 3.3 V 的條件下實(shí)施的電源管理系統(tǒng)。
　　在該解決方案中，高效 TPS62200 降壓轉(zhuǎn)換器以 100% 的占空度模式運(yùn)行，使得鋰離子電池的電壓幾乎可以降至 3.3 V，同時(shí)仍可提供 3.3 V I/O 電平。除了bq24020 電池充電器、TPS61020 升壓轉(zhuǎn)換器及 TPS61042 WLED 驅(qū)動(dòng)器采用 3×3 mm2 QFN 封裝之外，上述所有組件均采用 SOT-23 封裝。TPS61040 與 TPS61042集成了高側(cè) FET，每個(gè)組件只需要一個(gè)外部二極管。bq24020、TPS622xx、TPS61020 以及線性穩(wěn)壓器器件均集成了 FET。功率放大器及CPU 電源電平上的動(dòng)態(tài)電壓估量功能通過(guò)提高每個(gè)組件的效率，有助于降低功耗。

　　集成解決方案
　　借助最新的工藝技術(shù)，可以更輕松地組合、快速修改與／或充分利用現(xiàn)有的分立 IC 設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)出不同級(jí)別的集成 IC。例如，普通雙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器 IC 與雙高 PSRR、低噪聲線性穩(wěn)壓器、專用白色 LED 電源、手機(jī)、PDA 以及數(shù)碼相機(jī)多電平電源管理解決方案目前均已上市。采用電源 IC（如下圖 5 中 所示的集成解決方案中所使用的 TPS65010）的終端設(shè)備均集成了外設(shè)，它的功能包括從支持手機(jī)的振鈴與蜂鳴器控件到支持 PDA 的通用 I/O（如GPIO）。

　　在此解決方案中，3.3 V I/O 電平由 SEPIC 轉(zhuǎn)換器提供，該轉(zhuǎn)換器允許鋰離子電池降至其最低電平（大約2.7 V）。如同在離散解決方案中一樣，由穩(wěn)壓器提供的電平可從 3.3V 電平開(kāi)始降低，以提高效率。TPS65010 采用 48 引腳 QFN 封裝，并完全集成了 FET。采用 4×4mm2 QFN 封裝的 TPS61130 SEPIC 轉(zhuǎn)換器集成了 FET，并可獲得 90% 以上的效率。TPS5100 是一款三輸出控制器，專門設(shè)計(jì)用于電源顯示。PA 及 CPU 電源軌上的動(dòng)態(tài)電壓估量功能通過(guò)提高每個(gè)組件的效率，有助于降低功耗。
　　如何取舍離散解決方案與集成解決方案
　　如何在離散解決方案與集成解決方案之間進(jìn)行選擇呢？通常，集成 IC 比多個(gè)額定值相等的分立 IC 更便宜。此外，如下圖 6 中的 PCB 布局圖所示，TPS65010 及相應(yīng)的無(wú)源元件所占的板級(jí)空間比具有相同功能的分立 IC 所占用的空間更小。這在很大程度上是由于跟蹤分立 IC 之間的路由需要額外的空間。由于 TPS65010 包括附加功能，如電源電平序列、振動(dòng)器及 LED 驅(qū)動(dòng)器（不然的話，這些功能要通過(guò)分立 IC 來(lái)實(shí)施），因此集成解決方案可節(jié)約更大的 PCB 空間。
　　過(guò)去，集成 IC 的專用程度非常高，并且靈活性不高。因此，在設(shè)計(jì)周期的后期，不能對(duì)其進(jìn)行重大的設(shè)計(jì)變更。但是，新型制造工藝技術(shù)（包括用于對(duì)輸出電壓軌進(jìn)行編程的集成 EEPROM 以及后封裝微調(diào)）使得現(xiàn)有 IC（如具有不同固定輸出電壓的 IC）的“精細(xì)”簡(jiǎn)單修改變得更為輕松、快速，并且成本更為低廉。另一方面，備用電源往往不可用于集成 IC 的事實(shí)可能會(huì)迫使使用離散解決方案。
　　未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)
　　消費(fèi)者希望能夠延長(zhǎng)智能電話的工作時(shí)間。最新開(kāi)發(fā)的 IC 加工工藝具有更低的漏電流及更小的電阻（有時(shí)通過(guò)銅疊加），分別轉(zhuǎn)化為具有更低靜態(tài)電流及更小阻抗的 FET。它們最終均可使電源 IC 的效率更高。例如，具有集成FET的 TPS6222x 400 mA 降壓轉(zhuǎn)換器采用 SOT-23封裝，最高可提供近 93% 的效率。但是，與不斷發(fā)展的半導(dǎo)體技術(shù)不同的是，在電池技術(shù)方面仍未出現(xiàn)不增大電池尺寸即可延長(zhǎng)其使用壽命的重大進(jìn)展。在電容器發(fā)展過(guò)程中所取得的某些進(jìn)展，使得可充電電池與電容器之間的區(qū)別越來(lái)越小。當(dāng)換電池時(shí)，普遍采用高能量超級(jí)電容器來(lái)為便攜設(shè)備供電。此外，高能量、高功率超級(jí)電容器還可提供瞬時(shí)強(qiáng)電流，因而可通過(guò)其提供突發(fā)能量進(jìn)行電池防護(hù)，以延長(zhǎng)電池使用壽命。這些超級(jí)電容采用點(diǎn)滴式充電方式，不會(huì)產(chǎn)生噪聲，并且可集成到電池包中。有關(guān)燃料電池的介紹有很多，但目前安瓿 (ampoule) 尚未標(biāo)準(zhǔn)化。由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，因而無(wú)法對(duì)其進(jìn)行廣泛分銷，也就很難全面實(shí)現(xiàn)商品化。此外，燃料電池的輸出瞬態(tài)響應(yīng)能力也較差。至少在一開(kāi)始，推出的燃料電池只是作為補(bǔ)充件而非替代品。
　　此外，消費(fèi)者還希望封裝器件的體積更小但功能更強(qiáng)。創(chuàng)新型電源管理 IC 設(shè)計(jì)以及封裝與工藝技術(shù)改進(jìn)有助于實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。緊縮技術(shù)節(jié)點(diǎn)可以生產(chǎn)出體積更小的 FET，從而減小整個(gè)芯片及封裝大小、降低工作電壓、降低門電容，進(jìn)而提高交換速度。對(duì)于基于電感器的交換電源來(lái)說(shuō)，交換速度越快，電感器的體積就越小。新型封裝技術(shù)能夠以更小的外形提供更強(qiáng)的功能以及更低的功耗。例如，具有集成 FET 通用元件的 bq24010 鋰離子線性充電器采用3X3 mm2 QFN 封裝，在溫度適中的環(huán)境下可提供低至 1.5 W 的功耗。

　　但是，在較低的工作電壓范圍內(nèi)改進(jìn)功能通常會(huì)對(duì)電源管理結(jié)構(gòu)以及低噪聲布局提出更嚴(yán)格的容差要求。例如，如果 1.2V 電源的容差為 +/-3%，則要求輸出的變化范圍不得超過(guò) +/-36mv；而如果 3.3 V 的容差為 +/-3%，則允許的變化范圍為 +/-99mV。因此，在今后幾年內(nèi)，對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器盡可能以更小的外形提供更嚴(yán)格的容差、更高的電流、更高的效率以及極低的 EMI 的要求將日益增長(zhǎng)。此外，隨著體積的減小，進(jìn)而導(dǎo)致散熱面減小，這些高功耗 IC 的熱管理所面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻。
　　集成電源
　　目前，電源解決方案采用集成度不同的電源 IC。將部分或全部模擬電源 IC 與數(shù)字組件（如基帶處理器）集成在一起的優(yōu)勢(shì)包括：大大節(jié)約了 PCB 空間，降低了總體成本。過(guò)去，要實(shí)現(xiàn)更高一級(jí)的數(shù)字與模擬組件集成的障礙之一就是，復(fù)雜電子儀器每個(gè)部分的要求各不相同。數(shù)字基帶部分要求高密度的工藝技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，而模擬基帶與電源部分則需要更高電壓的器件。射頻部分尤其是 PLL，則要求 BiC MOS 器件為高頻率運(yùn)行進(jìn)行了專門優(yōu)化。過(guò)去，數(shù)字設(shè)計(jì)人員忽略了工藝發(fā)展，并且一味致力于高密度工藝，因此需要高電壓器件的電路只能采用其它工藝，即單獨(dú)的數(shù)字 IC。最近，半導(dǎo)體制造商不僅致力于開(kāi)發(fā)單一 BiCMOS 工藝，以縮小最短門長(zhǎng)，從而提高密度與速度，而且為模擬與電源應(yīng)用推出擴(kuò)展的高電壓器件。最后，包括電源管理在內(nèi)的許多數(shù)字與模擬功能都將集成在同一芯片上。