多核智能手机电源架构对策与方案

终端厂商们对高性能处理器的不断追求和移动互联网产业激烈的竞争都会极大刺激硬件厂商们的创新热情，多核处理器的应用趋势势不可挡。多核处理器首先为终端厂商提供了更大的创造空间。有了强大的处理器，终端厂家就可以在自己的设备中添加更多的新功能，却不必担心会拖累系统运行速度和流畅度。而且随着工艺水平的提高，处理器的体积也逐渐缩小，对于对空间要求极为苛刻的移动设备，节省下来的空间可以让给电池这类的重要部件，无疑为厂商的设计提供了便利。

多核处理器就是采用两个或两个以上内核的处理器。便携移动产品市场迅速发展，尤其是手机市场，已经实现了从功能手机到智能手机的过渡。相应的应用处理器(AP)也从单核发展到双核，甚至多核。同时，平板电脑的迅速普及也让多核处理器风光无限。可以说移动设备的处理器正以前所未有的速度发展。

多核系统电源架构

正是因为智能手机和平板电脑能够满足消费者越来越高的要求，比如更大的显示屏、更多的传感器件和无线连接方式、更强大的数据处理能力等等，而现在高清和3D视频播放、Flash界面、WIFI无线上网已经成为便携移动产品的必备功能，所以要求移动处理器能够提供更强的处理能力。

显而易见的是，现在处理器能够运行主频达到1GHz，甚至1.5GHz，这样势必对电源管理提出了很大的挑战。第一，需要更低静态功耗以实现更长的电池使用时间；第二，众多的处理器、内存和外设来实现多任务的强大应用功能，这就需要不同电压等级和上电时序，使得整个系统复杂化；第三，需要高度集成的解决方案来管理整个电源管理系统；第四，需要的功率密度更大。

以高通的某款最新平台搭配的电源管理单元(PMU)为例，该PMU集成了5大功能区，功能框图如下图所示。

                        

由芯片组供应商提供的PMU有着先天优势。如上文所说，多核处理器有多个不同的电压等级以及复杂的上电时序，能够实现强大的多任务处理能力。由于集成了多路功率输出，PMU集成化的方案必然受限于晶片(die)的尺寸以及热效能管理，因此输出能力基本集中在3A以下。通常，3A可以满足智能手机众多功能模块的电源总线的能力，但是PMU可能满足了当前芯片组功能特性的需求，然而需求在发展，厂家为了适应新的市场趋势，势必优化或者升级当前功能模块的设计规格。比如CPU、GPU等等，其对应需要的电流能力也会提高。

这样，现有的PMU不能满足新的需求。因此，独立式的DC/DC可以弥补这个缺陷。除此之外，由于智能手机功能多，耗电快，许多手机业者为了突出产品优势，提高用户体验，往往采用大容量的电池。而PMU内置的充电IC无法满足客户不同的设计需求，从而出现了充电IC外置的现象，也就是采取了独立式的充电IC。

多核系统电源架构的优化

正如上文所述，在智能手机多核系统中，PMU不能满足更大电流的输出能力。同时，大电流带来高损耗，而降低损耗一直是手机设计者追求的目标之一。现实情况是，智能手机的功耗随着AP的高频化，按照芯片的损耗公式Ps=C*f*V2，难以得到有效抑制。但是可以通过优化电压等级的方式来克服由于主频增加而带来的影响，并且从电压幅度方面更能得到有效抑制。因此，在独立式的大电流DC/DC方案中，普遍采用动态电压调整(DVS)的技术。

智能手机CPU主频的提高势必需要更大的电流，以满足系统运行和操作对硬件的要求。配备大电池成了必然选择。给大容量电池充电即需要大电流的充电IC。

应用于多核系统的飞兆半导体电源方案

飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)是全球领先的高性能功率产品供货商，尤其在移动产品领域，飞兆半导体公司提供先进的电源管理策略，优化整个系统。下图是基于智能移动平台，飞兆半导体提供的电源解决方案。

                  

在由飞兆半导体公司提供的电源管理方案中，采用了独立式的大电流开关式充电IC FAN54013，独立式的动态电压调整的降压变换器FAN53555，以及独立式的大电流的升压变换器FAN48630。这三个产品在手机平台中起着重要作用，能够提升系统性能，降低功耗，及拓展移动终端应用面。

多核处理器的移动终端将越来越成为未来市场的主流，多核处理器提升的最主要方面就是游戏性能。随着游戏厂商们大作的不断发表，对CPU的要求也越来越高。多核设备的优势还体现在视频摄录和影片播放上。目前，只有双核及以上的CPU能支持1080P高清视频录制，装有双核CPU的手机有了这样强大的视频录制能力之后，低端DV的市场将受到很大的冲击。而当移动设备具有了高清视频播放的能力后，移动设备也逐渐成为家庭娱乐的中心。

DVD在未来可能成为下一个技术进步所淘汰的对象，取而代之的是装有多核处理器的移动终端。因此，如何体现多核处理器的优势，实现差异化产品是摆在手机业者面前极具挑战性的问题。而优化系统的电源管理架构是实现这个目标的必然途径，飞兆半导体能给手机设计人员提供满意的设计方案。