低功耗手多媒体终端硬件平台的研究

3 其它周边元件

LCD显示屏应用透射反射型，如SHARP LQ035Q7DB02。反射型LCD在强光条件下有明亮的高对比度，但在弱光条件下需要更高的亮度。SHARP把反射型LCD与背后点亮透射型LCD技术相结合，在强光条件下用作反射型LCD，在弱光条件下用作背后点亮透射型LED时功耗为350mW。Xilinx CoolRunner-II CPLD使用了快速零功耗技术。在手持多媒体终端中，图像采集模块和声音采集模块数据量大，因此除静态功耗外，还应综合考虑接口电压高低，即数据传输引起的动态损耗。

4 电源产生

锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，可充

电的锂离子电池的额定电压为3.6V（有的产品为3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V；阳极材料为集炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大。锂离子电池的放电曲线平坦，终止放电电压为2.5V～2.75V。在通常的固定频率DC/DC变换器中，主要有三类功率损失：（1）负载电流相关的损失，主要包括MOSFET的导通电阻、二极管正向导通压降、电感电阻、电容等效串联电阻；（2）开关频率相关的损失有MOSFET的输出电容栅极电容及门驱动损失等；（3）其它固定损失，如MOSFET、二级管、电容泄漏电流损失。在大负载电流时，主要是电流相关功率损失，在小负载情况下，主要是频率相关功率损失。在负载电流范围较宽时，采用调频方式效率更高[9]。文献[10]讨论了在断续导通和连接导通模式时提高效率的控制方法。很DC/DC变换器都能上固定频率或在轻负载时以跳脉冲方式工作。这两种方式切换可由芯片外部控制（如TI的TPS60110、PINEAR的LTC3440），也可由芯片内部自动控制，如Philips的TEA1207。如果由芯片管理脚控制，则由ARM控制：ARM处理器控制各个功能模块掉电或者空闲，分别测出功能模块不同状态下的工作电流，并根据负载电流值，结合电源芯片的两种模式下的效率曲线或者其它电路参数，选择高效率的工作方式。

OMAP应用平台需要多种电源，如用于核的1.6V，用于FLASH、SDRAM的1.8V或者2.75V，用于USB或者模拟音频的3.3V，用于USB接口的5V，用于LCD供电码的+15V等。先升压到5V，再用线性稳压器LDO降到低电压1.5、1.8、2.5、2.8、3.0、3.3V等的方法效率较低，尤其是低电压。TI的innovator主板上的1.6V、2.7V、3.1V、3.3V是这样产生的：电池电压经过TPS60110（四片并联输出）得到5V，再分别经过TPS76701 LDO线形稳压得到1.6V、2.7V、3.1V、3.3V。采用cuk电容变换器和低压差线形稳压芯片LDO的优点是不需电感、使用方便、成本低。采用以下方法提高电源效率：输出电压低于锂电池最小放电电压时，如2.5V、1.8V、1.6V，选择单纯的buck电感变换器；当输出电压高于锂电池电压降到2.5V时仍能正常工作的下变换芯片，能延长放电时间。对于3.3V,可使用LINEAR公司单片BUCKBOOST电感变换器如LTC3441f，在负载200mA、3.3V输出时，在锂电池放电电压范围内效率高达90%。LTC3441占空比只能达到(1-150nsXf)%。可设计BUCK-BOOST电感变换器，在锂电池放电电压下降到接近或等于器件工作电压时，用作buck变换器时占空比达到100%，即输入电压通过电感到达输出，没有开关切换，没有高频切换损失，效率将害到最高。因为很多芯片都有较宽的电压范围。如28F128J3A VCC=2.7～3.6V,VCCQ=2.7～3.6V;ADS7846 VCC=2.2～5.25V;LAN91C96 VCC=3.3V+10%;AT24C04 VCC=1.8～5.5V。锂离子电池在3.3V左右放电时间较长，能更大限度提高电源效率，延长电池寿命。

下面是电源方案：

锂电池-TEA1200（或TEA1201TS）-L1.5V(或者1.8V)；

锂电池-LTC3441-3.3V(或者1.8V,3.0V,5V)（效率可高达96%）；

锂电池-TEA1200（或TEA1201TS，TPS60110）-5V（效率可高达95%）。

在手持设备中，一节锂电池供电，输出多种电压电源。电池工作时间长短，不仅取决于各器件的低功耗、电源变换器的能源效率，还取决于系统对器件的功耗管理和软件功耗。

《低功耗手多媒体终端硬件平台的研究(第2页)》