便攜式智能驅動器讓PCB布局更規整

　　小型便攜式電子系統一直在不斷向前發展，諸如移動電話、PMP(個人媒體播放器)、DSC(數碼相機)、DVC(數字攝像機)、PME(便攜式醫療設備)和GPS(全球定位系統)，功能特性一代比一代豐富。隨之而來的是一些外圍電路的要求也趨于雷同，因為它們的電源、端口和MMI(人機界面)都使用相似的技術。

　　低功耗全功能產品的三級策略

　　隨著便攜式系統的功能增加以及性能的提高，對功耗進行管理的需求也日益提高。因此，OEM廠商用來解決功耗問題的策略也在不斷發展。

　　第一級策略專注于能量管理子系統的效率，包括盡量減小DC/DC轉換器、LDO、電池管理和電池保護電路上的損耗。

　　這是一種以電源子系統為中心的方法，很大程度上取決于半導體供應商生產比市場上同類架構器件功耗更低的元件和集成器件的能力。這使OEM工程師的主要任務變成元器件的選擇，在能效、元器件成本和封裝尺寸等因素之間取得平衡。

　　雖然這種策略一直非常奏效，元器件市場也意識到了這個益處，但大多數模擬和以模擬為主的混合信號IC廠商并沒有從工藝尺寸不斷縮減中顯著受益。

　　第二級策略的關注重點從電源轉移到了系統中的某些部分，甚至大規模ASIC中某些特定時間不工作的部分。這種策略在應用于無線鏈路硬件和顯示器背光等大能耗用戶時特別有效，而且能通過關閉即使功耗并不高的負載(如音頻子系統、I/O端口或非易失性配置存儲器)，來延長每次充電的工作時間。例如目前生產的移動電話就有20或更多的電源域。

　　除了節省在像射頻組件和顯示器背光等大功耗電路中的空閑電流引起的功耗外，只要系統可以關閉某個時鐘驅動的電路部分，這種策略就能有效降低靜態功耗。隨著IC制造工藝向前所未有的更小尺寸發展，這種策略可以有效地代替時鐘選通達到減小空閑電流的目的。

　　這種功耗降低策略依賴于系統架構師、軟硬件實現人員以及ASIC供應商的技術貢獻。雖然這種策略是成功的，但也受到應用處理器的負載數量限制，這些額外特性將迫使設計師耗用更多功耗更大的計算資源。例如，移動手機已經從ARM7轉向ARM9和ARM11處理器，將它們作為可選的基帶和輔助處理資源。其它便攜式電子產品也有類似的趨勢，雖然程度上有所不及。

　　第三級策略專注于在不犧牲性能的條件下降低各種功能的用電。一種可行的技術是利用分布式智能管理，特點是不需要基帶或應用處理器強大的處理能力和速度。

　　這種策略允許處理器將全部功能轉交給半自動的外圍控制器。結果形成這樣的工作模式：處理器可以在以人活動而非數據處理或通信任務期間進入睡眠狀態，不過，數據處理或通信任務需要發揮處理器的全部能力。智能顯示器背光驅動器就是很好的一個例子。

　　第三級策略下的背光方案

　　便攜式電子產品的用戶需要在各種環境光線條件下都有清晰可見的屏幕顯示。目前便攜式產品經常使用光敏二極管或光敏晶體管估測環境光線亮度，并以此作為背光驅動器控制的輸入。光敏傳感器需要信號調理電路：以直流偏置、放大和模數轉換或者至少一兩級門限檢測形式的激勵。

　　要么通過外部元件，要么通過片上模擬I/O引腳，主處理器通常以定期數據轉換的方式監測光敏傳感器的輸出。這種轉換的速度在每秒1到幾次數量級。控制器隨后評估轉換結果，通常將結果分成三種等級，分別對應整個白天、燈光明亮的室內環境或燈光暗淡的環境。

　　處理器是這樣完成控制過程的：將控制信號發送給背光驅動器，再由驅動器向LED串提供三種可能的電流等級中的一種。但這種做法效率不高。實際上這是微處理器管理的一種方式：在功能強大且運行成本高昂的中心資源監測下，將任務委派給具有較低運行成本的系統某個部分。這樣做看起來似乎無助于處理器任務卸載。

　　一贏：智能驅動器轉移處理器任務

　　基于ADP5520智能背光驅動器的方案可從LED驅動器獲得顯著的節能，這種LED驅動器可以在微控制器配置控制下工作，或者自動管理顯示器照明。ADP5520由一個非同步升壓轉換器、一個可編程環境光線管理電路、一個狀態機和一個可以進一步節省系統資源的可配置端口擴展器組成。

　　升壓轉換器可以給多達6個串聯的白光LED供電，串聯電壓可以高達24.5V，驅動電流高達30mA。環境光線測量部分為環境光線傳感器提供所有信號調理功能，并與片上的狀態機和升壓轉換器一起實現0～30mA共128個電流等級。

　　由于有個處理器只執行與控制曲線相仿的光線控制服務，在模擬各種移動手機使用率的測試中(圖1)，ADP5520可以使每次充電的工作時間延長15%。在ADP5520控制方法中增加環境光線檢測功能，可以使每次充電的待機時間比基準測量值多50%。這些曲線模擬了不需要射頻功能的手機交互式應用，如游戲、文本和電子郵件消息閱讀和撰寫或相機應用。

　　設計師希望他們的產品可在不同光線等級之間平滑過渡，而不只是切換。處理器控制下的光照方案需要大量處理器交互才能實現平滑過渡，因此與簡單的開關控制相比，這種方案大大增加了處理器的負載。智能LED驅動器，例如ADP5520，可以實現多種漸亮漸暗電流變化，包括線性、平方律和立方律，因而可進一步減輕處理器負載(圖2)。這種可配置的驅動器具有15種不連續并且獨立的漸亮漸暗時間，范圍從300ms～5.5s。片上有個可復位的調光定時器，可編程為從10s～120s共15種時間間隔中的一種。

　　二贏：智能驅動器提供額外的低帶寬功能

　　除了節能外，這種智能驅動器可以通過實現其它低帶寬外設功能提供更多價值。例如，ADP5520集成了一個可配置的端口擴展器，這個擴展器提供8個I/O引腳。

　　也可以將兩個I/O引腳連接到第三個專用引腳，作為具有可編程調光、開

關和閃爍控制功能的LED指示器用的獨立電流吸收(current sink)引腳。剩下的引腳是可編程的，用于鍵盤或通常I/O。

　　這些輔助LED驅動器可以消耗0～14mA的電流，并且可以通過64個步進實現漸亮或漸暗。與主背光電流消耗一樣，與輔助驅動器引腳相連的指示器可以切換開關狀態，或者通過線性或非線性序列實現光線調節。

　　三贏：智能驅動器可減少PCB走線數量

　　為了讓配置數據從處理器流向智能驅動器，讓狀態、I/O或擊鍵數據流回處理器，ADP5520實現了I2C接口。這種設置可以減少外設和控制器之間的器件和走線的數量，從而簡化高密度便攜式電子設備中的PCB(印制電路板)設計。

　　當用鉸鏈或滑塊(hinge or slider mechanism)將顯示器、指示器和鍵盤與處理器分割開時，節能效果將更加顯著。在這種情況下，帶片上端口擴展器的智能LED驅動器可以減少與產品另一半連接的柔性電路的尺寸和成本(圖4)。