隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，各種各樣的電子產(chǎn)品越來越豐富，尤其是便攜式的電子產(chǎn)品，MP3、MP4、手機、便攜式DVD、便攜式數(shù)字電視、便攜式車載自動導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、便攜式筆記本電腦等等，并且他們的功能越來越強大、越來越豐富，體積也越來越精巧，所以說便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢必將是更小、更輕和功能更強大。
那么在產(chǎn)品體積不加大甚至減小的情況下如何保證具有豐富強大功能產(chǎn)品的電池放電時間?產(chǎn)品的體積不加大甚至減小，也就意味著產(chǎn)品內(nèi)置電池的體積和電池容量不加大甚至減小，換句話就是說在內(nèi)置電池容量不加大甚至減小的情況下如何確保同功能或更豐富強大功能的產(chǎn)品的單次放電使用時間?那么答案只有1個：更低功耗的設(shè)計。
比如市場流行時尚的電子產(chǎn)品便攜式DVD,隨著不斷增加的功能需求MP3、MP4、Divx、USB、Card Reader、數(shù)字電視模塊等等，如何在同樣甚至更低的電池容量情況下保證產(chǎn)品在增加這些功能后的放電使用時間不減少?這從功耗觀點來看對我們設(shè)計人員提出了更高的要求，也將變得更加具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)然節(jié)約就是創(chuàng)造，怎么樣能用最少的能量來使整機產(chǎn)品發(fā)揮出最大的效能，這也就是低功耗設(shè)計的意義所在。
下面以便攜式DVD產(chǎn)品為例，談一談在具體的設(shè)計中怎么樣來優(yōu)化功耗電路設(shè)計，使其實現(xiàn)低功耗。首先說一下功耗的概念，功耗是所有的電器設(shè)備都有的一個指標(biāo)，指的是在單位時間中所消耗的能源的數(shù)量，單位為W。
現(xiàn)在在便攜式DVD系統(tǒng)中主要包含以下4個部分：TFT液晶顯示屏、主板、機芯和電池，除主板以外的另外3個部件可以通過比較來選擇使用具有更低功耗的品牌部件;但是主板只能通過具體的設(shè)計來降低功耗，主板共以下4個模塊：主芯片及其外圍電路、電源管理部分(包括TFT的電源管理部分)、音視頻部分和機芯馬達(dá)驅(qū)動部分，這其中主芯片及外圍電路模塊和機芯馬達(dá)驅(qū)動模塊在低功耗設(shè)計方面通過比較選擇具有更低功耗的器件就可以，所以電源管理部分和音頻功放部分的低功耗設(shè)計最為關(guān)鍵和重要，當(dāng)然產(chǎn)品里面的系統(tǒng)軟件對降低整機的功耗也起著重要的作用。下面我先從電源管理部分及音頻部分來進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化的闡述和分析。
首先，對電源管理部分，這需要把外部電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)各芯片所需工作電壓的電壓轉(zhuǎn)換器件來實現(xiàn)。但是電源的轉(zhuǎn)換效率不可能達(dá)到100%，在轉(zhuǎn)換過程中必定存在功率損耗，那我們的任務(wù)就是通過具體的設(shè)計分析來選擇電壓轉(zhuǎn)換效率比較高的器件來盡量的減少功率的損耗。
我們可以采用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)，電荷泵和基于電感的DC/DC轉(zhuǎn)換器將外來電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的不同工作電壓。低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)只能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為更低的輸出電壓。在實際應(yīng)用中，其功耗為P = (Vin - VOUT) * IOUT。當(dāng)輸入與輸出電壓相差較大，且輸出電流也大的情況下，LDO本身消耗的功率就非常大，并產(chǎn)生相應(yīng)的熱量。所以說LDO的效率在壓差較大輸出電流較大的時候效率是比較低的，LDO特別適合于低電流，壓差較小，或?qū)﹄娫丛肼曇筝^高的場合;電荷泵采用電容來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)反壓、倍壓和穩(wěn)壓等變換，效率為80%左右。受電容容量及尺寸限制，電荷泵輸出電流和電壓都有限。DC/DC轉(zhuǎn)換器采用低阻抗的開關(guān)(如MOSFET)以及電感等儲能元件，實現(xiàn)降壓和升壓等轉(zhuǎn)換。DC/DC轉(zhuǎn)換器減小了電壓變換過程中的功率損耗，效率高達(dá)90%以上。同時開關(guān)頻率很高，減小了外部電感和電容的尺寸。
通過對以上三種電壓變換器件的比較分析，DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率較高又能實現(xiàn)較大的電流輸出，所以是我們便攜式產(chǎn)品電源轉(zhuǎn)換的首選。所以在目前便攜式電子產(chǎn)品的設(shè)計中大量采用了DC/DC。在選擇DC/DC的時候由于各個公司的設(shè)計不同在效率上也有所差異，這就需要我們做設(shè)計的在選擇這些器件的時候一定要注意其效率的高低，有必要我們自己親自來測一下，在我們的工作平臺上有沒有效率這方面的優(yōu)勢。正如上面所說的LDO特別適合于低電流，壓差較小，或?qū)﹄娫丛肼曇筝^高的場合，還有就是它有較明顯的價格優(yōu)勢，如果采用輸出電流較大得DC/DC，對我們的生產(chǎn)成本來說也是一種浪費。這也使得我們在設(shè)計的時候也要考慮在壓差和電流都不大的情況下來選擇它，比如說我們系統(tǒng)中用到的1.8V，它對紋波的要求比較高且電流不大，可以從3.3V通過降壓來實現(xiàn)，壓差也不大，在這里采用一顆LDO來實現(xiàn)。再一個就是要盡量選用工作電壓較低的主芯片，一般來說工作電壓低的芯片功耗也會相應(yīng)的降低，所以選用低電壓工作的主芯片也有助于功耗的降低。
