如今，由電池供電的PDA將遇到來自電源管理方面的嚴峻挑戰(zhàn)，因為各種能量饑渴型功能正不斷被添加到PDA上，而其電池工作時間仍需要保持在一個合理的水平上，并且電池體積和重量還要保持不斷變輕變小的趨勢。這就要求高效的能量轉換、電池充/放電周期的精確控制、以及盡可能多地采用省電運行模式。但即使采取了這些措施，PDA制造商仍在研制更高容量的電池，以滿足負載不斷增長的要求。能量密度是電池選用考量的首要因素。鋰離子電池的能量密度由于比其最接近的競爭對手還高1倍，因此它實際上已經成為所有PDA當仁不讓的選擇。

三個關鍵領域的電源管理技術探討

電源管理(PM)模塊負責整個PDA系統的電源供給和管理。圖1勾勒出了PM模塊的框架，PM模塊由電池管理、電壓管理和負載管理三個子模塊組成。

電池管理子模塊

電池管理子模塊負責電池的充電、保護和檢測，它的主要作用是優(yōu)化電池利用和延長系統運行時間。其電路結構視所選的電池化學成分、容量和充/放電周期數而定。一旦確定了這些因素，電源架構設計師就可以選擇充電器拓樸結構(線性、PWM或脈沖模式)和電池保護方案。當輸入從AC電源適配器切換到電流有限制的USB總線電壓時，一個最近的考慮包括將嵌入式IC充電器重新配置到一個更低的充電速率(C-Rate)。

電能測量最初只是一項電池管理功能，但隨著用戶越來越關心電池使用狀況，它也正在變成負載管理的一個組成部分。準確的電能測量需要對隨時間而變的電池充/放電電流進行精準的測量，目前廣泛使用的基于電池放電曲線的電壓測量技術盡管成本很低，但已被證明不能準確反應電池使用狀況。也正因為這樣，像Intersil ISL6295這樣復雜的“電量計量”IC正在獲得越來越多的應用。

電壓管理子模塊

電壓管理子模塊主要執(zhí)行分配和調節(jié)功能，它負責對未穩(wěn)壓的電池電壓(鋰離子電池是3-4.2V)進行高效的調節(jié)以滿足苛刻的負載要求。隨著工作電壓低于2V的處理器的出現，線性穩(wěn)壓器已經不再適合用于處理器內核電壓的穩(wěn)壓。

代之而起的是像Intersil的EL7536和 ISL6271這樣的全集成開關穩(wěn)壓器，它們在很寬的動態(tài)負載范圍內都能有很高的轉換效率，從而可以用來對系統和內核處理器電壓進行穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓器現已主要用于LDO(低壓降)轉換，并僅用來為存儲器、音頻和時鐘系統中的噪聲敏感電路提供電源。

負載管理子模塊

系統負載最少消耗掉電池容量的90%(剩余的10%消耗于能量轉換環(huán)節(jié))，這一部分是延長電池工作壽命和幫助實現先進PDA性能的關鍵。CPU必須根據時鐘電路、Hi-Fi音頻功放、RF天線驅動器、存儲器、擴展卡槽、處理器內核和顯示背光的活躍度和系統運行模式，恰到好處地依次對這些電路進行開關。這種負載管理方式(通常稱為“負載剝離”)不僅延長了電池工作時間，而且還能確保電池不至陷入深度放電狀態(tài)。

電能計量

了解電池能量消耗情況的方法之一是對其進行計量，而這正是電能計量IC(如Intersil的ISL6295)的主要功能。通過將一只很小的感應電阻與電池串接，ISL6295能夠通過累計某一時間段的電池電流流量(毫安-小時)準確地算出消耗或補充的電能。ISL6295通過I2C串行總線記錄電壓、殘余電量、電流和溫度，它可用來監(jiān)測單一的負載功耗，并幫助實現包括負載剝離和電池保護這樣的先進電源管理功能。

背光電路是耗能大負載

雖然LCD背光提升了顯示的可讀性，但它也消耗了大量的電池能量。常用的3種LCD顯示背光技術是：EL(電致發(fā)光)、LED(發(fā)光二極管)和CCFL(冷陰極熒光燈)。EL和 CCFL背光需要一個高電壓DC/AC逆變器，而LED背光需要一個容性或感性升壓轉換器來驅動一組并行或串行白色LED?？紤]一個典型的4個LED串聯的背光配置，每個LED有4V的前向壓降和20mA的前向電流，那么升壓轉換器的最小輸出功率將為=320mW。如果升壓轉換器的效率為85%，則該顯示背光對電池來說，就相當于一個380mW的負載！

用PDA進行無線通信實際上也非常費電。例如，一個常見的手掌大小的帶嵌入式WAN無線電模塊的PDA需要0.1W來維持數據通信的“常開”待命狀態(tài)，而在數據通信時一般需要0.25W。這與最先進的PDA處理器處理活動視頻時所需的能量(不包括背光功耗)正好一致。除了嵌入式WAN無線通信，局域網卡也廣泛用于無線802.11b連接。在典型的PDA使用模式下，你將會發(fā)現，對一個平均峰值功率為1W的無線電模塊來說，接收和發(fā)射模式所占時間分別只占總使用時間的2-3%和1-2%。在其它時間，無線電模塊將一直處在空閑狀態(tài)，不過也要從3.3V系統穩(wěn)壓器中消耗不大不小的20mA電流。

調控電壓和頻率以增加使用時間

需要大量運算的應用(如多任務操作系統、流視頻、MP3回放和無線通信等)使本已左支右絀的電池使用時間更加不夠用了。幸運的是，來自英特爾、AMD和其它供應商的基于低功耗RISC架構的處理器正陸續(xù)應運而生，它們可以根據系統需求平衡計算吞吐量和優(yōu)化功耗。由于處理器功耗與工作頻率成線性關系并與處理器內核電壓的平方成正比，因此通過動態(tài)控制這些工作參數我們能夠顯著降低功耗。

英特爾的XScale技術是StrongARM的后繼技術，它是主要為移動互聯網應用而開發(fā)的。這一省電架構代表了英特爾無線應用處理器的關鍵，它基于被英特爾稱為個人客戶端架構(PCA)的開放架構。PXA250和PXA210采用的0.18微米工藝使其能工作于400MHz，同時它采用的低介質材料又降低了功耗。英特爾的XScale技術是一種高度可升級微架構，它具有電壓和頻率調整能力以獲得最優(yōu)性能和功耗(0.18微米工藝能實現的最高工作頻率可達到1GHz)。

PXA250有幾百萬只以400MHz開關頻率工作的晶體管，為了將開關損耗減至最小，英特爾采用了“自動時鐘門控”技術來關閉非工作狀態(tài)的電路。PXA250的最大運行功耗為360mW，低功耗模式有待機和休眠兩種，分別消耗100mW和50uW功率。一個聰明的程序設計師能根據運行狀態(tài)靈活地在不同模式間切換以降低功耗。

結論

隨著寬帶無線通信的到來和處理能力可“調控”處理器的出現，PDA市場將迎來新一輪的增長。未來的PDA可為用戶提供“永遠在線”的無線數據體驗和豐富的多媒體特性，而這將使PDA在企業(yè)市場更具活力。不過，便攜式電子產品的核心是電池壽命，對這一有限資源的有效管理關乎任一品種PDA的生死成敗。在制造商將盡可能多的功能都整合進PDA之后，任何一種便攜式設備的成功仍將很大程度上取決于以下幾個因素：易用性、重量、成本、大小和電池工作時間，其中4項直接與電池和電池管理息息相關。