手持設(shè)備和便攜式設(shè)備的照明設(shè)計(jì)需求在過(guò)去幾年中經(jīng)歷了巨大的變化。就在不久前，典型手機(jī)用的還是簡(jiǎn)單的無(wú)源LCD顯示器，很少或者根本就沒(méi)有背光。設(shè)計(jì)師所面臨的最大挑戰(zhàn)只是在不泄漏系統(tǒng)電池能量的條件下如何高效率地驅(qū)動(dòng)一系列并聯(lián)或串聯(lián)的LED。

　　然而隨著設(shè)計(jì)師開始使用更高性能的彩色顯示器，并開始在便攜式系統(tǒng)中嵌入像照相機(jī)之類的各種增值功能，對(duì)電源的要求有了顯著提高。如今，典型的蜂窩手機(jī)或手持設(shè)備都采用很高分辨率、有四個(gè)或更多LED產(chǎn)生背光的主顯示器。其中許多還采用另外一個(gè)小顯示器，這些顯示器用在翻蓋手機(jī)的外面，可以提供額外的信息。通常這些子面板要用另外兩個(gè)LED提供背光。還經(jīng)常要求電源電路來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助的RGB狀態(tài)燈，并為設(shè)備的鍵盤提供背光。

　　同時(shí)，集成的照相功能為便攜式系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了一套全新的要求。嵌入式照相機(jī)需要一個(gè)閃光燈，通常需要在很短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)以大功率驅(qū)動(dòng)一個(gè)或數(shù)個(gè)LED來(lái)實(shí)現(xiàn)。在早期的照相機(jī)實(shí)現(xiàn)方案中，采用像素還不到1M的CCD，所需的閃光驅(qū)動(dòng)電流也不到100mA。但隨著便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師開始普遍采用高分辨率的CCD，閃光功能對(duì)電源的需求也上升了。如今對(duì)許多便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，僅僅是實(shí)現(xiàn)照相的閃光功能并實(shí)現(xiàn)相片的最高分辨率以及紅眼校正功能，就需要高達(dá)600mA的電流，對(duì)于氙氣閃光燈來(lái)說(shuō)還要更高(見(jiàn)圖：AAT3171的典型應(yīng)用)。此外，增加其它新的閃光功能或電影模式，將給設(shè)計(jì)師提出更復(fù)雜的電源管理要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

獨(dú)立實(shí)現(xiàn)

　　通常，便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師主要采用獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)方案來(lái)管理照明設(shè)備的功率。對(duì)于背光應(yīng)用，設(shè)計(jì)師通常使用獨(dú)立的電荷泵來(lái)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的LED、而采用升壓變換器來(lái)驅(qū)動(dòng)串連的LED并提供基本的照明功能。彩色顯示器增加了對(duì)功率的需求，但在早期的設(shè)計(jì)中，很少可以使設(shè)計(jì)師靈活地調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度。目前，像控制照明強(qiáng)度的白平衡和產(chǎn)生狀態(tài)燈的不同色彩的色彩平衡變得越來(lái)越重要，從而要求系統(tǒng)控制器或事務(wù)管理微控制器提供更復(fù)雜的控制。早期，絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)師都采用噪聲相對(duì)較大的模擬PWM控制信號(hào)來(lái)控制LED亮度和背光功能。

　　最初，閃光LED功能是作為單獨(dú)的部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只提供簡(jiǎn)單的開關(guān)控制。后來(lái)設(shè)計(jì)師在系統(tǒng)處理器中加入一些基本的算法來(lái)控制閃光子系統(tǒng)。由于很少有哪些系統(tǒng)提供閃光強(qiáng)度控制，因此設(shè)計(jì)師一般通過(guò)管理照相機(jī)快門來(lái)控制到達(dá)CCD的光量。但隨著嵌入式照相機(jī)性能的改進(jìn)，設(shè)計(jì)師不得不升級(jí)閃光功率管理系統(tǒng)的性能。這些提升的性能要求采用固定的照相快門和對(duì)閃光強(qiáng)度的更好控制。為了減少系統(tǒng)控制器的開銷，設(shè)計(jì)師開始采用更具智能的閃光LED控制器。但隨著對(duì)減小系統(tǒng)尺寸和成本的市場(chǎng)壓力的不斷增強(qiáng)，以及照明功能的數(shù)量、種類和復(fù)雜度的持續(xù)增加，便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師開始尋求更新的方案來(lái)替代這些獨(dú)立的照明子系統(tǒng)。

追求最高集成度

　　最近，一些電源管理半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商宣布在上述功能的縱向集成方面取得了重大進(jìn)展。將許多電路集成到一個(gè)單芯片中不僅可以減少元器件數(shù)量，而且減輕了對(duì)PCB的空間需求，并使系統(tǒng)處理器的開銷減到最小，從而幫助便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師降低成本。

　　高集成度允許設(shè)計(jì)師不再采用專用的白光LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)背光設(shè)備，也不再需用專用的照相閃光驅(qū)動(dòng)器IC和幾片分離的通用LDO或一片雙LDO IC，而是采用集成度更高的IC，例如AnalogicTech公司的 AAT2842完整顯示解決方案。該方案將上述所有三種功能全部集成在一個(gè)4 x 4mm封裝的單芯片中(見(jiàn)圖：AAT2842方框圖)。這些復(fù)雜電路包括一個(gè)大電流的三模電荷泵，四路30mA輸出的白背光LED驅(qū)動(dòng)，四路用于閃光LED的輸出驅(qū)動(dòng)和兩個(gè)通用目的的200mA LDO。也可以將四路閃光LED輸出結(jié)合起來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)照相機(jī)閃光LED，驅(qū)動(dòng)電流可以高達(dá)600mA，該指標(biāo)足以滿足目前的高分辨率嵌入式照相機(jī)的閃光需求。背光輸出還可以用于較低電流的鍵盤應(yīng)用。每個(gè)LDO可以提供200mA的連續(xù)負(fù)載電流，而壓差僅為200mV。此外，用戶可以通過(guò)一個(gè)范圍為1.2-5V的電阻分壓器對(duì)嵌入在顯示器電源管理器件中的每個(gè)LDO的輸出電壓進(jìn)行編程，從而可以滿足范圍很廣的應(yīng)用要求。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，一路控制信號(hào)可以控制兩個(gè)LDO輸出。

　　在一個(gè)單芯片上集成多個(gè)功能的風(fēng)險(xiǎn)之一是潛在地受限于設(shè)計(jì)師配置系統(tǒng)的能力。為了使設(shè)計(jì)具備最大的靈活性，這些器件增加了兩個(gè)獨(dú)立的串行口，從而使設(shè)計(jì)師能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)背光或鍵盤LED和閃光燈LED。利用這些獨(dú)立的接口，設(shè)計(jì)師可以開啟、關(guān)斷或者設(shè)置多達(dá)16個(gè)不同等級(jí)的電流來(lái)控制背光/鍵盤和閃光功能。此外，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)調(diào)整背光或閃光LED使其適合各自的應(yīng)用需求，從而有助于節(jié)省功率。另一方面，還可以通過(guò)外部電阻控制背光/鍵盤和閃光燈LED。

　　當(dāng)需要為多個(gè)顯示器提供背光或增加輔助照明功能時(shí)，其他一些高集成度的電源管理IC能夠幫助設(shè)計(jì)師研發(fā)效率更高或者更加成本有效的解決方案。這些器件將高效率的三模電荷泵與背光LED、照相機(jī)閃光和輔助照明所需的各個(gè)驅(qū)動(dòng)器集成在一起。這些IC能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)6個(gè)LED，而不像以前只能驅(qū)動(dòng)四個(gè)背光LED。通過(guò)為每個(gè)通道提供單獨(dú)的控制，這些新器件使得設(shè)計(jì)師能夠驅(qū)動(dòng)為主顯示器提供背光的LED，以及驅(qū)動(dòng)為子面板顯示器提供背光的兩個(gè)LED，或者可以將六個(gè)LED全部用于照明單個(gè)顯示器。

　　在這些新的IC中，有些IC(例如AnalogicTech公司的 AAT2830)可以提供高達(dá)600mA的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè)閃光LED，并支持日益增加的閃光和電影模式應(yīng)用方面的普遍需求。此外，這些IC還增加了三個(gè)能夠提供60mA的驅(qū)動(dòng)器，分別用于RGB，鍵盤或其它輔助照明應(yīng)用。位于這些新器件核心位置的三模式電荷泵能夠?yàn)橥瑫r(shí)支持背光、閃光和輔助光這三類LED功能提供足夠的功率。

　　為了降低系統(tǒng)控制器的開銷，許多新型的顯示器電源管理IC還增加了一個(gè)集成式閃光計(jì)時(shí)器。傳統(tǒng)上，便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師都利用芯片閃光開啟端上從高電平到低電平的瞬變來(lái)控制閃光的持續(xù)時(shí)間。如果系統(tǒng)控制軟件出問(wèn)題或控制線斷開，采用此架構(gòu)的設(shè)計(jì)師將會(huì)冒使閃光LED停留在滿功率狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)殚W光LED只能工作很短的時(shí)間，這類故障將會(huì)很快燒掉LED并會(huì)很快地耗盡電池功率。

　　而通過(guò)在新一代顯示電源管理IC中最新加入的集成閃光計(jì)時(shí)器，不僅減小了系統(tǒng)控制器的開銷，還提供了真正的安全功能，不會(huì)出現(xiàn)上述這些類型的故障。該計(jì)時(shí)器可以在可編程的時(shí)間內(nèi)逐步減少閃光電流。通過(guò)向器件內(nèi)的定時(shí)寄存器裝入一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定接通的時(shí)間長(zhǎng)度，然后為一個(gè)外部定時(shí)電容選擇一個(gè)合適的值。一旦數(shù)據(jù)被鎖存到定時(shí)寄存器，閃光電流減少功能就自動(dòng)開啟，經(jīng)過(guò)所編程的時(shí)間后就會(huì)斷開。由于控制器對(duì)接通時(shí)間是“即設(shè)即忘”的，因此該集成式計(jì)時(shí)器不需要控制器跟蹤閃光動(dòng)作過(guò)程。同樣，它還能確保閃光LED按照電容值所限定的預(yù)定閃光時(shí)間開啟照明。

本文小結(jié)

　　便攜式系設(shè)計(jì)中照明功能的連續(xù)升級(jí)并沒(méi)有放慢的跡象。隨統(tǒng)著設(shè)計(jì)師為用戶提供前所未有且范圍更廣的功能，下一代系統(tǒng)無(wú)疑需要增加更新的照明功能。這些革新將不可避免地向設(shè)計(jì)師提出新的功率管理挑戰(zhàn)。

　　為了解決這些功率管理問(wèn)題，半導(dǎo)體廠商早已在研發(fā)一系列新的器件。這些新器件將電荷泵、升壓變換器、背光、閃光、RGB和LDO功能塊以全新的方式集成在一起。隨著這些照明功能的擴(kuò)展，以及移動(dòng)通信和個(gè)人電子設(shè)備體積的不斷變小，新一代縱向集成的系統(tǒng)級(jí)器件將在設(shè)計(jì)師研發(fā)更低成本、更高性能系統(tǒng)的過(guò)程中扮演至關(guān)重要的作用。

作者： Adolfo Garcia,

AnalogicTech公司照明產(chǎn)品部門產(chǎn)品線總監(jiān)