シンプルなICを使用して携帯電話のバッテリー寿命を延ばす

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

携帯電話の電力消費を削減し、バッテリー寿命を延ばすことは、各携帯電話設計エンジニアの目標です。 設計エンジニアは、MP3 プレーヤー、カメラ、最新の携帯電話などのフルモーター ビデオを絶えず追加しており、これにより電力消費が最小限に抑えられます。 携帯電話の重要なチップ（アナログベースバンドチップやデジタルベースバンドチップなど）の電源電圧を下げる - 2つあります。

8V または 1.8V - 電力消費を削減する方法。 しかし、設計エンジニアが高電源電圧のサポート チップを 1 つ以上保持する必要がある場合、問題が発生します。

最も一般的なのは、スマートフォンの追加機能が高くなることです。 一例として、弦楽器の着信音があります。オーディオ信号のピーク範囲は約 3.2V なので、これらの着信音を発生して送信する回路は通常 4 です。

電源電圧2V。 このように、ベースバンド回路と着信音回路のインターフェースで問題が発生します。 この問題を説明するために、アナログ スイッチを使用して音声または着信音をスピーカーに切り替える例を考えてみましょう。

これら 2 種類の回路を同じブロック (PCB) 上で変換するには、消費電力を利用したり、ベースバンド チップ内の低電圧デジタル ロジック ドライブ アナログ スイッチを利用したりします。 ただし、後者の方法では、アナログ スイッチが非理想的なモードで動作しているときに灌流電流が多くなるため、電源電圧を下げるためにベースバンド チップから得られる電力消費が失われる可能性があることに注意する必要があります。 この問題を解決する簡単な方法の 1 つは、ベースバンド チップのデジタル ロジックを変更して、1 を使用してベースバンド チップを維持し、電力を節約することです。

8V の電圧ですが、この方法ではより高い電圧のドライバーがより高い電圧で動作する必要があります。 携帯電話に搭載されているチップ。 この方法、つまりコンバーターを平準化する方法についてさらに詳しく説明するために、実際に電流がどこに流れているかを見てみましょう。

図 1 に示すように、アナログ スイッチのデジタル入力は、インバータに接続された PMOS トランジスタと NMOS トランジスタで構成される基本的な CMOS バッファです。 バッファのI/P入力ピンに信号を追加します。 入力電圧が入力高電圧 (VIH) より高い場合、バッファの出力電圧は VDD (電源電圧) になり、入力電圧が入力低電圧 (VIL) より低い場合、バッファの出力電圧は GND (グランド) になります。

これにより、アナログ スイッチのゲート電圧が電源の電圧となり、信号範囲が確保されます。 入力電圧を 0 から VDD までスキャンしながら、図 2 に示す IV 特性曲線を同時に監視します。 入力電圧が電源電圧の任意の端電圧のとき、IDD は最小値 (0μA) まで低下します。

ただし、入力電圧がバッファのホッピング ポイントに近づくと、IDD が大幅に増加します。 したがって、I/P 端に印加されるデジタル入力電圧が電源の電圧である場合、アナログ スイッチは最小限の電力を消費します。 特性曲線は、バッファ設計で実際には電圧制御抵抗器として使用される NMOS および PMOS スイッチ チューブによる特性曲線です。

これらのチップの特性は次のとおりです: VGS > VT -> トランジスタ チューブ チューター VGS トランジスタはオフになってしきい値電圧を形成し、電圧が電圧より高いときにソースとドレインの間に導電チャネルが形成されます。 NMOSトランジスタのVtは0.9V、PMOSトランジスタのVtは-0です。

9V. したがって、入力電圧が0Vのとき、PMOS（M1）はオン状態になり、第1段の出力はVDDになります。 第 2 段階では、NMOS (M5) デバイスは、バッファの合計出力が 0V の状態になります。

バッファ入力電圧が増加すると（最大電流に達する前に）、M1 のインピーダンスが増加し（M1 がオフになり始める）、m5 のインピーダンスが低下します（M5 がオンになり始める）。その後、VDD と GND が表示されます。 ハイパーインピーダンスチャネルが形成されました。 入力電圧をさらに上げると、バッファの入力トランジスタと出力トランジスタのペアのうち 1 つのトランジスタのみが発生します。

上記の原則を使用してアナログ スイッチ インスタンスの分析を継続し、Adi の ADG884 アナログ スイッチを使用して携帯電話の回転音と音声を切り替えることを検討します。 デジタルベースバンドチップからの制御信号は1.8Vです。

図に示すように、 2、シミュレートされたスイッチが1.8Vのデジタル信号で直接駆動される場合、電源電流は120μAになるはずです。

アナログ スイッチのデジタル入力電圧が 3.8V より高い場合、消費電力は実際には 0 になります。 したがって、アナログスイッチを最低電力領域で動作させるためには、デジタルベースバンドチップのデジタル信号をより高い電圧に変換する必要があります。

Adi の SC70 は超小型パッケージで、通常は 0.1μA の電流しか消費しないため、レベル コンバータとしてこの作業に非常に適しています。 図に示すように、

3、ベースバンドチップの電源電圧とアナログスイッチの電源電圧に接続し、2つのチップ間のロジックレベルを変換することができます。 もちろん、上記の例のアナログ スイッチは、より高い電圧で動作する任意のチップにすることができます。 現代の携帯電話は、オーディオ、ビデオ、デジタルカメラなどのさまざまな機能を実現するために、複数の CMOS 集積回路 (IC) で構成されています。

これらの IC は通常、5V ～ 1.8V の任意の電圧で動作しますが、場合によってはさらに低い電源電圧でも動作します。 要約すると、バッテリー寿命を延ばすために省電力レベルを使用します。

以下の要素を考慮する必要があります: 低価格の携帯電話では通常、600mAh 容量のバッテリーが使用されます。 ローエンドの携帯電話のバッテリー待機時間は 300 時間 (HR) で、公称電流は 2mA です。 レベルシフトを行わない場合、この例で使用したアナログスイッチは 4 の電流を吸収します。

8%ですが、上記のレベルのみを変換すると、0.04%の電流しか吸収されません。