3G手机正大踏步地走来，手机的功能越来越强大，负载越来越多，其功率损耗也随之增大。如手机电视，GPS导航，拍照功能等，这些手机功能极大的丰富了人们对娱乐的需求，但同时也增加了手机的功耗。手机作为一种便携式和移动性的终端，它完全依靠电池来供电。为了保证手机的使用时间和待机时间，在手机设计中采用先进的节能和功率管理技术显得尤为重要。
良好的功率管理技术会从电路设计，芯片管理，系统结构作改进。美国国家半导体在手机节能和功率管理方面做了很多努力。手机中功耗较大的单元有：射频功率放大器，处理器，音频功率放大器等。针对这些单元，国半都有相应的产品使其功耗达到最小。
专供3G及CDMA射频功放的开关电源
图1是手机标准的演变进程，从1995年至2000年之间是2G和2.5G时代，2000年到2005年之间是2.5G到2.75G时代，2005年以后则是3G手机时代，标准包括了CDMA、DMA2000和TD-SCDMA。
图1 手机标准的演变过程(略)
从图1可以看到贯穿手机的演变的标准主线是手机的数据传输速率的增长，3G手机可以支持2兆以上速率，用户可以长时间的利用手机进行上网服务功能。因此，不仅在通话的过程中大量耗电，在上网服务过程当中的耗电量也相当大，因此需要降低射频功率放大器的损耗，从而提高手机待机时间和通话时间。国半采用Supa稳压器来实现降低射频功放的功率损耗。
在3G手机中，数据传输速率很高，必须采用线性功率放大器来实现功能，而线性功率放大器效率很低，对此国半采用专用的SuPA稳压器，放置在手机电池和功率放大器之间，它输出的电压是动态可调的，根据射频功率放大器输出功率的大小来调整动态电压，从而使效率大大的增加。
LM3205是国半使用非常广泛的一款SuPA芯片，其输入是依靠VOUT直接供电，输出则连接到射频功率放大器，输出的电压是动态可调的，但这并不是一个非常精确的控制方式，还可以采用另外一种方式，增加一个功率检波器，实时精准的检测射频功率放大器输出功率的大小，从而反馈给SuPA，实现闭环的动态功率节省。
PowerWise电源管理技术
在2005年高端手机的数字处理器架构，主要包括调制解调器和多媒体处理器。而当前的高端手机中，多功能需求的增加需要增加更多的应用处理器，比如无线广播处理器，专门负责数字电视广播，数字音频广播以及FM/AM；还需要增加网络设备的处理器，专门来负责Wifi、蓝牙、USB连接的处理器。因此在一个手机上需要四块功能强大的数字处理器。
图2为2005年高端手机中器件功率损耗的分布图，可以看到应用处理器占据20%以上功率损耗。到2008年的时 候高端手机中数字处理器将增加到4块，功耗会继续增加，因此在应用处理器上降低功耗，会使手机应用和待机时间得到大幅提高。
图2 2005年高端手机中器件功率损耗分离图(略)
国半一直致力于应用处理器的节能方式的研究，国半传统的解决方案称为“动态电压管理”，由数字处理芯片和PMU即国半的电源管理芯片构成，它可以给数字处理器供电，为外围器件提供电压。应用处理器可以根据自身的频率的不同反馈到PMU，PMU从而提供相对应的电压，实现待机至满负荷运转的动态调节。这种控制方式的缺点是通过模拟控制回路，而没有数字控制回路，采用接口是普通接口，没有数据增强接口，而且动态处理速率会较慢。
国半最新的powerwise先进电源管理方案，是由HPM硬件性能监测器，APC高性能电源管理控制，SPC辅助电源管理控制形成一个回路，通过Powerwise接口实现功能节省。HPM能够实时的监测处理器的工作状况、运行频率大小、温度状况及其他情况，为电源管理芯片传输实时信息，让电源管理芯片做出相应的处理，输出合适的电压给处理器，这样就实现了数字方式管理功能，能够节省70%以上的功耗。
国半第一代的PowerWise产品，需要分别给ARM和DSP应用处理器提供相应的电源管理芯片实现PowerWise功能。在第二代的PowerWise产品中，一个EMU能同时提供两个处理器支持。APC是高级应用管理控制，它能够同时接收到两个处理器电源信息，通过PWI2.0接口，提供给EMU，同时EMU进行相应的处理，输出两个动态电压信号，降低应用处理器的消耗。对于130 nm下的功率和能量的节省比率，而采用动态电压管理可以节省36%的功耗，如果采用powerwise电源管理芯片将能够节省64%的功率。国半通过提供SPC、APC等IP Core，植入应用处理器芯片，通过powerwise的功率管理接口实现高级自适应的动态管理电压。
高效率的D类音频放大器
手机中的音频放大器在工作时是非常耗电的，尤其是现在很多手机采用双立体声喇叭，这更加重了电池的负担。如果采用高性能的D类放大器，就能很大程度的避免这一问题。D类放大器的效率比AB类音频功放高两倍，能够延迟电池的寿命。AB类放大器平均效率在50%左右，而D类放大器可以达到80%以上，尤其是在低输出功率模式下D类放大器的效率优势更为明显。国半D类放大器架构简单，不需要单独滤波器，采用全差分输入，极大抑制音频信号干扰，封装体积很小。
D类放大器虽然能够省电，但会对射频产生EMI干扰。传统D类放大器具有单一的开关频率，在这个频率上会集聚大量的开关频谱，干扰GSM频段，使手机通话性能大大降低。国半免输出滤波器D类放大器采用扩展频谱技术，开关频率不是固定的，可以随机动态的调整，减少频谱能量，使RF噪声在更宽的频率上扩展，帮助缓解EMI问题。
国半设计D类放大器的原则包括，第一，将放大器摆放在尽可能接近扬声器的位置；第二，为了增加放大器的输出功率，扬声器在focs下应该具有感性；第三为了避免干扰，将电源相互隔离；第四，使用较低的增益；第五，输出线和电源线，使用更宽的走线；第六，输入电阻和电容尽可能的靠近放大器。 |
