ใช้ IC แบบง่ายเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโทรศัพท์ของคุณ

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Портативті электр станциясының жеткізушісі

การลดการใช้พลังงานโทรศัพท์มือถือและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่เป็นเป้าหมายของวิศวกรออกแบบโทรศัพท์มือถือทุกคน วิศวกรออกแบบกำลังเพิ่มเครื่องเล่น MP3 กล้องถ่ายรูป และวิดีโอแบบมอเตอร์เต็มรูปแบบ เช่น โทรศัพท์มือถือรุ่นใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานลงอย่างต่อเนื่อง ลดแรงดันไฟฟ้าจ่ายของชิปสำคัญของโทรศัพท์มือถือ (เช่น ชิปเบสแบนด์อนาล็อกและชิปเบสแบนด์ดิจิทัล) - อาจเป็น 2.

8V หรือแม้กระทั่ง 1.8V เป็นวิธีการลดการใช้พลังงาน แต่เมื่อวิศวกรออกแบบยังคงรักษาชิปสนับสนุนหนึ่งตัวหรือมากกว่าที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง นั่นอาจเกิดปัญหา

ที่พบบ่อยที่สุดคือฟังก์ชันเสริมของสมาร์ทโฟนจะมีมากขึ้น ตัวอย่างหนึ่งคือริงโทนแบบสตริง เนื่องจากช่วงพีคของสัญญาณเสียงอยู่ที่ประมาณ 3.2V ดังนั้นวงจรที่เกิดและส่งริงโทนเหล่านี้โดยปกติจึงคือ 4

แรงดันไฟจ่าย 2V ด้วยวิธีนี้ ปัญหาจะเกิดขึ้นที่อินเทอร์เฟซระหว่างวงจรเบสแบนด์และวงจรริงโทน เพื่ออธิบายปัญหานี้ เราควรใช้สวิตช์อะนาล็อกเพื่อสลับเสียงพูดหรือเสียงเรียกเข้าไปที่ลำโพงเป็นตัวอย่าง

เพื่อแปลงวงจรทั้งสองประเภทนี้บนบล็อกเดียวกัน (PCB) จะใช้การใช้พลังงานหรือใช้สวิตช์แอนะล็อกไดรฟ์ลอจิกดิจิทัลแรงดันต่ำในชิปเบสแบนด์ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าวิธีหลังนี้อาจสูญเสียการใช้พลังงานที่ได้รับจากชิปเบสแบนด์เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เนื่องจากเมื่อสวิตช์อะนาล็อกทำงานในโหมดที่ไม่เหมาะสม จะมีกระแสแพร่กระจายจำนวนมาก วิธีง่ายๆ วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการเปลี่ยนลอจิกดิจิทัลจากชิปเบสแบนด์เพื่อรักษาชิปเบสแบนด์เพื่อประหยัดพลังงานโดยใช้ 1.

แรงดันไฟ 8V แต่ควรใช้วิธีการนี้ไดรเวอร์แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะต้องทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ชิปใด ๆ ในโทรศัพท์ของคุณ เพื่ออธิบายวิธีการปรับระดับตัวแปลงให้ละเอียดยิ่งขึ้น มาดูกันว่ากระแสไฟฟ้าไหลอยู่ที่ไหนจริงๆ

ตามที่แสดงในรูปที่ 1 อินพุตดิจิทัลของสวิตช์อนาล็อกเป็นบัฟเฟอร์ CMOS พื้นฐานที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ PMOS และ NMOS ที่เชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ เพิ่มสัญญาณไปยังพินอินพุต I/P ของบัฟเฟอร์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูง (VIH) แรงดันไฟฟ้าขาออกของบัฟเฟอร์จะเป็น VDD (แรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายไฟ) เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกต่ำ (VIL) แรงดันไฟฟ้าขาออกของบัฟเฟอร์จะเป็น GND (กราวด์)

วิธีนี้จะช่วยให้แน่ใจว่าแรงดันเกตของสวิตช์อนาล็อกเป็นแรงดันของแหล่งจ่ายไฟ จึงทำให้มีช่วงสัญญาณ การตรวจสอบพร้อมกันของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของ IV ตามที่แสดงในรูปที่ 2 ในขณะที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจาก 0 ถึงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าการสแกน VDD เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นแรงดันไฟฟ้าปลายใดๆ ของแรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายไฟ IDD จะลดลงเหลือขั้นต่ำ (0μA)

อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าใกล้กับจุดฮอปของบัฟเฟอร์ IDD จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตดิจิตอลที่ใช้กับปลาย I/P เป็นแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ สวิตช์อนาล็อกจะใช้พลังงานน้อยที่สุด เส้นโค้งลักษณะเฉพาะจะมีเส้นโค้งลักษณะเฉพาะเนื่องมาจากหลอดสวิตช์ NMOS และ PMOS ที่ใช้ในการออกแบบบัฟเฟอร์ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นตัวต้านทานควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ลักษณะเฉพาะของชิปเหล่านี้มีดังต่อไปนี้: VGS> VT-> Transistor Tube Tutor ทรานซิสเตอร์ VGS จะถูกปิดเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ และช่องตัวนำจะถูกสร้างขึ้นระหว่างแหล่งกำเนิดและเดรนเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ NMOS Vt เท่ากับ 0.9V, ทรานซิสเตอร์ PMOS Vt เท่ากับ -0.

9V. ดังนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็น 0V PMOS (M1) จะอยู่ในสถานะเปิด และเอาต์พุตของสเตจแรกคือ VDD ในขั้นที่สอง อุปกรณ์ NMOS (M5) จะอยู่ในสถานะที่บัฟเฟอร์มีเอาต์พุตรวม 0V

แรงดันอินพุตบัฟเฟอร์เพิ่มขึ้น (ก่อนที่จะถึงกระแสสูงสุด) ส่งผลให้ค่าอิมพีแดนซ์ของ M1 (M1 เริ่มปิด) และค่าอิมพีแดนซ์ของ m5 ลดลง (M5 เริ่มเปิด) จากนั้นเราจะเห็น VDD และ GND เกิดช่องสัญญาณไฮเปอร์อิมพีแดนซ์ การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพิ่มเติมจะทำให้มีทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียวในคู่ทรานซิสเตอร์อินพุตและเอาต์พุตของบัฟเฟอร์

เราใช้หลักการข้างต้นเพื่อวิเคราะห์อินสแตนซ์สวิตช์แอนะล็อกต่อไป พิจารณาใช้สวิตช์แอนะล็อก ADG884 ของ Adi เพื่อสลับระหว่างเสียงเรียกเข้าแบบหมุนของโทรศัพท์มือถือและการพูด สัญญาณควบคุมจากชิปเบสแบนด์ดิจิตอลคือ 1.8V

ดังแสดงในรูปที่ 2 2 หากสวิตช์จำลองได้รับการขับเคลื่อนโดยตรงด้วยสัญญาณดิจิทัล 1.8V กระแสไฟจ่ายควรเป็น 120μA

หากแรงดันไฟฟ้าอินพุตดิจิตอลของสวิตช์อนาล็อกสูงกว่า 3.8V การใช้พลังงานจริงควรเป็น 0 ดังนั้นเพื่อให้สวิตช์อะนาล็อกทำงานในพื้นที่พลังงานต่ำที่สุด สัญญาณดิจิทัลของชิปเบสแบนด์ดิจิทัลจะต้องแปลงให้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

SC70 ของ Adi เป็นแพ็คเกจขนาดเล็กพิเศษ ซึ่งโดยปกติแล้วจะกินกระแสเพียง 0.1μA เท่านั้น เนื่องจากตัวแปลงระดับจึงเหมาะกับการทำงานนี้มาก ดังแสดงในรูปที่ 2

3 สามารถเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าของชิปเบสแบนด์และแรงดันไฟฟ้าของสวิตช์อนาล็อกและแปลงระดับลอจิกระหว่างชิปทั้งสองได้ แน่นอนว่าสวิตช์อะนาล็อกในตัวอย่างข้างต้นสามารถเป็นชิปใดก็ได้ที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า โทรศัพท์มือถือยุคใหม่ประกอบด้วยวงจรรวม CMOS (IC) หลายตัวเพื่อทำหน้าที่ต่าง ๆ เช่น เสียงและวิดีโอ และกล้องดิจิทัล

โดยทั่วไป IC เหล่านี้ทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 5V ถึง 1.8V และบางครั้งอาจต่ำกว่านั้นด้วยซ้ำ โดยสรุป เราใช้ระดับพลังงานที่ประหยัดพลังงานเพื่อยืดอายุแบตเตอรี่

ควรพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้: โทรศัพท์มือถือระดับล่างมักใช้แบตเตอรี่ความจุ 600mAh เวลาสแตนด์บายของแบตเตอรี่ของโทรศัพท์ระดับล่างคือ 300 ชั่วโมง (HR) และกระแสไฟฟ้าปกติคือ 2mA หากไม่ดำเนินการเลื่อนระดับ สวิตช์อนาล็อกที่ใช้ในตัวอย่างนี้จะดูดซับกระแส 4

8% แต่ถ้าแปลงเฉพาะระดับข้างต้น กระแสจะถูกดูดซับเพียง 0.04% เท่านั้น