我们最熟悉的移动设备产品莫过于智能手机了,在生活上,工作中我们都离不开一部手机,而且现在智能手机价位要不同阶段,早已不是什么奢侈器,基本上都是人手一部了.智能手机是消耗晶振比较多的产业,因其需求量极大,且使用的晶体晶振类型众多,从普通的石英晶体到MEMS晶振,不同的手机厂商采用的晶体和振荡器都不一样,近年来更倾向于使用MEMS振荡器.有实验表明,无论手机是处于睡眠状态还是活动状态,MEMS 0scillator都有助于延长使用寿命.
随着越来越复杂的智能手机和移动设备提供更多功能以及对数据,新闻和娱乐的无限制即时访问,消费者花费更多时间使用他们的设备.用户要求更快的连接性,多核Ghz+应用处理器和高清分辨率触摸屏,同时希望在单次电池充电时能够持续更长时间.移动设备设计人员必须仔细考虑如何满足延长电池寿命的冲突要求,同时支持更快,更耗电的处理器和LCD屏幕.设计选项通常分为两大类:1.降低总体功耗,或2.增加电池容量.
降低功耗的一种技术是关闭具有最高电流消耗的功能模块,并在器件处于非活动状态时切换到最低功耗暂停/休眠状态.但是,在低功耗状态期间,始终开启的时钟继续消耗电池电量.新的基于MEMS时钟振荡器的计时解决方案提供独特的节能策略,具有可编程输出频率和输出驱动摆幅水平.这些定时器件的核心电流仅为750nA,可以使用不受控制的锂离子电池或稳压电源,从而为移动设备设计人员带来更多选择.
移动设备电源管理概述
移动无线设备的基本架构如图1所示.根据移动设备架构的实现,电源管理功能分布在应用和RF基带处理器和/或专用PMIC(电源管理IC)上.鉴于其尺寸限制和性能要求,这些模块采用CMOS亚微米技术实现.

图1:显示智能手机高级架构的方框图

CMOSSoC(片上系统)的功耗可通过以下公式量化:
P=C*V^2*F(1)
p是以瓦特为单位的功率;v是SoC单个电源轨(VDD)的DC电压;c是悬挂在VDD电源总线上的固有电容.每个SoC内部实现的复杂模块由多个VDD轨供电,晶振电压范围为1.0V至4.3V
基本电源管理功能的实现方式如下:
在以下状态之一之间切换系统:活动,暂停睡眠.
【活动状态】
通过使用一种称为动态电压和频率缩放(DVFS)的技术,可以在活动状态下优化功耗.根据等式(1),功耗降低为较低VDD轨电压的平方.同样,根据SoC制造中部署的工艺节点,降低工作频率以线性缩减功耗.应用处理器和射频基带处理器是主要的处理单元,消耗的电池电量最高.这些处理SOC通过与PMIC或片内电源管理模块通信命令来控制DVFS功能,从而实现最高效率.PMIC的基本功能块如图2所示.PMIC功能可以实现为独立芯片,或者可以作为嵌入块分布在移动电话的处理单元中.

图2:图-2:PMIC的功能框图

处理模块/SoC通过I2C总线或类似总线(例如SM总线)将系统状态传送到PMIC.PMICLDO和SMPS模块提供系统电源需求所需的MEMS可编程振荡器稳压电压.
【暂停状态】
当移动设备在预定(用户配置的)时间内不活动或者当用户启动时,进入挂起状态:
1.没有与触摸屏或按钮的用户界面交互
2.没有来电或数据通信
3.用户按下电源/暂停键强制进入暂停状态
在这种状态下,主处理单元在最低允许VDD内核电压和时钟频率下工作,频率降至零赫兹.液晶屏关闭,触摸传感器每百毫秒唤醒一次,以检测用户触摸交互.蜂窝调制解调器等通信外围设备处于最低功率状态,可能会被外部事件中断.运行在32.768K时钟源上的PMIC是在这种低功耗状态下唯一完全活跃的器件.32千赫时钟的功能之一是作为定时器,在无线局域网要求或电源管理方案规定的预定时间唤醒外围设备.
在挂起状态下,系统功耗是由于:
1.主处理SOc的泄漏电流
2.外围设备(触摸屏、无线射频前端等)的挂起状态功耗.)
3.PMIC在32千赫时钟下的功耗
暂停状态下总功率预算的主要贡献者是PMIC、32.768K振荡器、实时传输控制模块和无线局域网连接的功耗.
【睡眠状态】
这是最低功率状态.除了由PMIC的32千赫设备和实时时钟模块计时的监控电路外,所有设备都将关闭.为了延长电池的待机寿命,必须采用创造性的策略来切断处于挂起和睡眠状态的活动模块的微瓦功率.无论电源状态如何,32千赫贴片振荡器总是接通时钟电源、电池管理模块和无线局域网.在挂起状态下,电流消耗通常为微安.与活动状态下峰值电流的短脉冲相比,锂化学电池在长时间的低电流消耗(典型的挂起/睡眠状态)期间会释放更多的电池容量.

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移动设备使用下MEMS晶振的睡眠及活动状态

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