如何使智能手机“更加智能”

在网络上可以很容易地找到降低LED背光功耗和提高AP或Wi-Fi模块DC-DC效率的解决方案。然而，降低RFPA功耗和缩短电池组充电时间的解决方案就不那么容易找到了。

创新功能是智能手机制造商推出新型号的关键激励因素。这些功能应满足用户的“智能”愿望，并最终成为有别于竞争对手的差异化因素。

减少RFPA功耗

智能手机市场见证了许多最新、最先进的硬件设计，比如飞兆半导体公司的FAN5904。这是一种6W、3/6MHz的降压转换器，它支持GSM/EDGE PAM和3G/3.5G RFPA。由于不需要两个单独的降压转换器，因而能够节省空间。

FAN5904能够满足从WCDMA到HSUPA+、CDMA2000 1x EV-DO的全球流行3G无线标准，它还支持中国的3G标准TD-SCDMA以及在TD-SCDMA信号调制方式下支持更高数据速率的HSUPA。FAN5904转换器还能用于新兴的“TEDGE”移动手机。这种手机支持TD-SCDMA，并且后向兼容GSM/EDGE。图6展示了FAN5904是如何连接基带芯片组、射频收发器和功放的。

图6：飞兆FAN5904降压转换器支持基带处理器、射频收发器、3G功放以及GSM/EDGE PAM。

查看具有和不具有用于语音和数据传输的FAN5904的3G功放的输出功率扫描(具有针对-39dBc ACPR的RFPA供电电压设置)可以发现，该转换器可以在使用相同尺寸电池组的条件下，将通话时间和数据传输时间分别延长14%和30%(分别见图7和图8)。这样，智能手机就能使用更小的锂离子电池组，而又不牺牲总体通话时间和数据上载时间(图9)。而更小的电池组又能极大地减小整个手机的体积，使手机变得更薄、更轻和更小。

图7：该图对WCDMA信号调制模式、1000mAh锂离子电池条件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的通话时间作了比较。

图8：该图对WCDMA信号调制模式、1000mAh锂离子电池条件下，使用和不使用FAN5904的3G功放的数据传输时间作了比较。

图9：FAN5904转换器在不牺牲通话时间的情况下，允许缩小电池组体积。

实现DC-DC解决方案的另外一个优势是能够极大地降低RFPA壳温。为便于描述，对由FAN5904供电的3G RFPA进行了热成像(图10)，其中，FAN5904直接连接到已充电至4.2V的电池。在使用FAN5904的情况下，RFPA的温度在满输出功率时几乎达不到50℃。但在另外两种情况下，温度很容易达到50℃和65℃。因此，在经过一段时间使用后，整个手机发热会相当快。

图10：这些热量图像显示了在VPA=2.97V时带FAN5904的3G功放(POUT=28dBm)(a)，仅在VBAT=3.70V时的功放(b)，以及仅在VBAT=4.20V时的电池充电期间的功放。

综上所述，DC-DC解决方案不仅有助于降低温度，而且能够简化RFPA的散热结构设计。元器件可以摆放在更靠近RFPA的位置，从而有助于减小PCB的尺寸和降低成本。

缩短锂离子电池充电时间

手机电池通常采用标准USB端口(5V/500mA)和外部充电适配器进行充电。由于智能手机电池组相对较大，在使用传统的线性充电器工作模式时，充电时间会比较长。这种情况可以通过将充电电流增加到1C加以改善，但手机电池必须连接到外部充电适配器(虽然不是用于标准USB端口)。诚然，1C充电模式也会引起充电器IC的散热问题——当外部充电适配器连接到手机时，会造成外壳变得非常地热。因此，设计人员一般需要为散热保留一部分PCB空间。

图11：典型线性充电器的效率约为70%，而开关充电器的效率接近94%。

传统的线性充电器类似于效率可达70%的低压差(LDO)稳压器(图11)；开关充电器则类似于效率可达94%的DC-DC转换器。即使是连接到标准的5V/500mA USB端口，开关稳压器也能支持高达650mA的充电电流。例如，当采用与900mAh电池组相同的配置时，充电时间要花1小时12分钟。总体充电时间缩短了30%，外壳温度则降低到40℃以下(图12)。

图12：使用FAN5400开关充电器可以将充电时间缩短30%。

FAN540x开关稳压器可以用来缩短充电时间，简化散热方面的结构设计。这种开关稳压器具有±5%的高精度输入过流保护(OCP)功能以及±0.5%的充电过压保护(OVP)精度。OVP和可选输入OCP可以为充电电池提供额外保护。

双摄像头分辨率

大多数智能手机都配备有两个摄像头：一个是用于拍照的高分辨率摄像头，一个是用于视频通话的标准分辨率摄像头。两个摄像头共享相同的数据总线和隔离开关，这些数据总线和隔离开关用于在高速分辨率模式下保护信号的完整性。

为了满足上述需要，制造商开发出了不同类型的解决方案。举例来说，飞兆公司的FSA1211低功耗、12端口高速开关，配置为单刀单掷(SPST)器件，为隔离高速源(如手机相机接口)进行了优化(图13)。FSA1211的导通电容(CON)为6pF，其较宽带宽(>720MHz)能够通过三次谐波，从而信号的边沿和相位失真非常小(图14)。另外，通道间的串扰也最大程度地减小了干扰。