USB無線調(diào)制解調(diào)器的功率管理考慮事項(xiàng)

　　前端電源模塊有兩種不同方案來配置限流開關(guān)：DC/DC 轉(zhuǎn)換器和大型鉭充電電容器，如圖4所示。 拓?fù)?A 的順序?yàn)?USB -OCP (過流保護(hù)) - DC/DC，而拓?fù)?B 的順序是USB - DC/DC – OCP。

　　在拓?fù)銩中，利用限流開關(guān)來防止USB輸入電流超過預(yù)定的電流水平，由降壓轉(zhuǎn)換器為下游模塊供電;而拓?fù)銪則為充電電容器前面的GSM/GPRS PA提供專用限流功能。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分了解每種拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。

　　拓?fù)銩

　　由圖4 (a)可看出，由于限流開關(guān)負(fù)載前置，并且可以通過編程達(dá)到所需電流，故拓?fù)銩允許設(shè)計(jì)人員簡單限制USB主機(jī)設(shè)備的輸入電流，最終給整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)短路保護(hù)。超過預(yù)定電流水平(允許一定的容限范圍，通常為 ±25%，但最好選擇更嚴(yán)格的容限，比如10%)的輸入電流無法流經(jīng)開關(guān)。此外，由于充電電容器的容許電壓降較大，也可以采用較小的充電電容器，從而節(jié)省BOM成本，減小解決方案的尺寸。

　　但另一方面，拓?fù)?A 對于實(shí)現(xiàn)USB調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)又存在著諸多不利因素。首先，必需一個(gè)額定電流超過2A的降壓轉(zhuǎn)換器來為下游器件供電，比如需要2A 脈沖電流的 GSM/GPRS PA、基帶以及PMIC。這時(shí)，額定輸出電流超過2A 的轉(zhuǎn)換器具有一定的裕量，是個(gè)不錯(cuò)的選擇。其次，充電電容器需要比較高的擊穿電壓，至少6.3V，這是因?yàn)?VBUS要求所致，并且它可能影響到解決方案的成本。最后，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可能會(huì)因充電電容以及USB主機(jī)設(shè)備的最大容許輸入電流不同而有所差異。圖5所示即為電容值實(shí)例。

　　本文使用的FAN5353是一款額定電流為3A的單片式同步降壓轉(zhuǎn)換器，F(xiàn)PF2165R則是一款容限10%的可調(diào)限流開關(guān)， 限流和輸出電壓分別為600mA和3.7Vout。

　　圖5(a)顯示由于采用了3mF的大充電電容器， 在2A脈沖負(fù)載期間，Vout無顯著下降被調(diào)節(jié)到3.7V。從圖 5(b)可見，隨著1.5mF 充電電容器的放電，GSM/GPRS PA輸入線上出現(xiàn)400mV壓降，波形如藍(lán)色曲線。

　　拓?fù)銪

　　在圖6所示的拓?fù)銪中，除了GSM/GPRS PA之外，基帶和PMIC的輸出電壓恒定。這種結(jié)構(gòu)頗具優(yōu)勢，因?yàn)闊o需擔(dān)心主要通信芯片組出現(xiàn)電壓波動(dòng)或電壓降。

　　其次，在GSM/GPRS PA之前可采用一個(gè)額定擊穿電壓比較低的鉭充電電容器，因?yàn)榻祲恨D(zhuǎn)換器的Vout一般被調(diào)節(jié)到3.6 至 3.8V，故額定4V的大電容(bulk capacitor)就足夠了，從而節(jié)省BOM成本。

　　最后，可以采用額定電流較低的降壓轉(zhuǎn)換器，只要它能在PA之前提供預(yù)定限流級的電流，并為其它電源模塊提供最大負(fù)載電流即可。一般額定電流1A的降壓轉(zhuǎn)換器就可以實(shí)現(xiàn)，相比拓?fù)銩，這可大大節(jié)省BOM成本。

　　不過，這種方案也有不少缺點(diǎn)。首先，在調(diào)節(jié)USB輸入電流以滿足USB規(guī)范要求方面，設(shè)計(jì)比較困難。如圖4 (b)所示，限流專用于GSM/GPRS PA，設(shè)計(jì)人員必須得同時(shí)考慮到PA負(fù)載條件、其它電源模塊以及USB輸入電流。第二，視GSM/GPRS PA輸入電流和限流閾值的容許電壓降而定，必需一些較大的充電電容，從而導(dǎo)致BOM成本增加，外形尺寸變大。

　　從圖6可見，在電容3mF，限流600mA的條件下，GSM/GPRS PA的Vout降至3.1V。如果PA輸入壓降需求較小，則需要較大的電容。簡言之，表1對拓?fù)銩和拓?fù)銪進(jìn)行了對比。設(shè)計(jì)人員必需權(quán)衡折衷，做出正確的選擇。