设计案例研究：为便携式无线接触管理器设计电源

一款名为Spotme的便携式无线联系人管理器由瑞典公司Shockfish SA设计。Spotme由4.2V Li+可充电电池供电。但是，内部通信器电路需要四种不同的电压。本文介绍了Spotme无线通信器的电源设计。

瑞士初创公司Shockfish SA为超过1000名参与者的会议设计了一个联系人管理器。Spotme是一个小型（125mm x 69mm x 14mm）设备，看起来像PDA（袖珍组织者）。它存储所有会议参与者的照片和相关数据。参与者可以标记他想见的人。一旦被标记的人在 10m 半径内，Spotme 就会通过振动提醒用户，照片就会在显示屏上弹出。

使用Spotme系统，每个参与者都有参加会议的所有人员的最新列表。随着新人的到来，一张照片会在几秒钟内拍摄并传输到所有设备。基站还传输会议日程的变化。

本应用笔记介绍了该公司应对电源设计挑战的一些方法，即设计具有图形显示和双向无线通信功能的手持式电池供电设备。

巡回赛

图1显示了Spotme无线通信器的框图。该系统使用ARM7处理器，显示器具有16个灰度和320 x 240像素的分辨率，内存由1MB闪存和8MB DRAM组成。868MHz ISM频段收发器集成在包含所有RF模块的芯片中。

图1.斑点，框图。

整个电路安装在6层PCB上（75mm×60mm）。

电源概念

Shockfish选择了Li+可充电电池作为Spotme的电源。该设备一次充电可运行 4-7 天。当今的处理器通常具有低电源电压，并且需要降压转换器。对长电池寿命的需求需要良好的电源效率。

通信器需要多个电压：

2.5V 用于处理器

3.3V内存

12V-16V可调液晶显示器

-14V 用于液晶显示器

图2a显示了电源的框图，而图2b显示了电源的实际布局。两个MAX1692降压转换器从Li+电池的标称输入电压3.3V产生2.5V和4.2V电压。凭借其集成的同步整流器，这些转换器的效率高达95%。750kHz 的开关频率允许使用小型外部元件（电感器、电容器）和最小的整体电路空间。

MAX1729为可调升压转换器，具有温度传感器和低静态电流。MAX1729产生+12V至+16V的可调LCD电压。分立式电荷泵将该电压反相至-14V。

振动器驱动器MAX1749确保恒定的力，不受电池电压的影响。

 

图 2a.电源框图。	图 2b.电源的实际布局。

 

Li+电池充电器

充电电流随占空比进行调整。外部FET完全开启或关闭，因此功耗最小，充电器电路可以集成到小型便携式设备中。

对于新设计，建议使用MAX1879。MAX1879的特点是：

连续电压和温度监控器

充电时间限制

在没有输入电压的情况下终止充电周期（以避免电池放电）

外部元件少，无需电感（见图3)

图3.Li+充电器，采用MAX1879。

脉宽调制与微压功率调节模式

Spotme中使用的MAX1692工作在PWM（脉宽调制）或PFM（脉冲频率调制）模式。因此，设计人员可以根据应用要求选择模式。

有什么权衡？

DC-DC-转换器有五个主要组件（参见图4，降压转换器）：

开关（MOS-FET）

肖特基二极管（可以用第二个MOS-FET代替，MAX2参见图1692）

感应器

电容器

控制器

图4.降压型直流-直流转换器。

有两种可能性可以保持输出电压处于调节状态：控制器可以具有恒定频率并调整占空比（PWM），或者可以改变频率（PFM）。

PFM模式的优点是低静态电流。这导致小负载电流的良好效率。

对于PWM转换器，纹波通常较小，更容易滤波。开关频率越高，滤波器的分量（L，C）越小。PWM转换器的另一个优点是干扰仅限于开关频率的谐波，而对于PFM电路，设计人员必须预期更宽频率范围内的干扰。

如果需要多个输出电压，因此需要各种转换器，最好将所有转换器同步到相同的频率。否则可能会产生令人不安的节拍频率。

MAX1692既可以始终工作在PWM模式（用于噪声敏感应用），也可以自动切换到PFM模式以获得较小的输出电流。

根据实际应用，可能有充分的理由使用 PFM 或 PWM 转换器。对于具有低功耗待机模式的设备，PFM电路将具有最佳效率。对于具有低电平模拟信号处理（传感器信号调理、接收器、音频电路）的设备，将开关频率保持在信号频带之外非常重要。开关频率越高，就越容易构建有效的滤波器。

审核编辑：郭婷