如何测量手机直流偏置电流.doc
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1、如何测量手机直流偏置电流降低蜂窝手机功耗并且延长其电池寿命是每一位手机设计工程师的目标。设计工程师正在不断将MP3播放器、照相机以及全运动视频等功能加入到现代手机中,从而需要不断地将功耗降到最低。将手机主要芯片(例如模拟基带芯片和数字基带芯片)的电源电压降低-可能是2.8 V甚至1.8 V-是降低功耗的一种方法。但是当设计工程师需要保留一颗或多颗采用高电源电压的支持芯片时出现了问题。最常见的是智能手机的额外功能将需要较高的电压。其中一个例子就是合弦铃声,由于音频信号峰峰值范围大约在3.2 V左右,因此产生和传送这些铃声的电路通常需要4.2 V的电源电压。这样在基带和铃声电路之间的接口处出现了问
2、题。为了说明这个问题,我们要使用模拟开关将语音或铃声切换到扬声器作为一个例子。为了使这两类电路共存于同一块印制电路板(PCB)上,要么折中功耗,要么使用基带芯片中的低电压数字逻辑驱动模拟开关。然而应当注意,采用后一种方案可能会失去从基带芯片降低电源电压获得的节省功耗,因为当模拟开关工作在非理想模式下,从而会产生很大的灌电流。在研发实验室中,工程师需要通过大量艰苦的工作对手机软硬件作出改动,以最小化电流泄露和优化电池寿命,即使这种改动通常都非常小。他们必须在实验室中精确评估电话的总消耗电流,通过独立测量每一子系统开启或关闭时的电流,了解其对设计总体方案的影响。当前流行的解决方案虽然在测试中用来给
3、手机上电的大多数电源都有内置的电流测量能力,但这些测量结果也许不够精确。如果电源不能进行A级的电流测量,ATE系统设计师就会转而选择数字万用表。但当利用数字万用表测量A级电流时,电源通路就从电源经过数字万用表到达DUT.这会增加布线的复杂程度和噪声。在需要并行测试多台DUT时,使用数字万用表意味着要增加多路开关,以及为等待开关稳定和依次测量多台DUT而增加测试时间。要提高系统吞吐率,可为每一台DUT专配一台数字万用表,这自然也加大了成本和增加了复杂性。测量这些动态电流的另一种方法是采用只能由少数几家ATE厂商提供的专用电源,这类电源采用高带宽的电压调整器,以及能够测量很宽范围电流的集成化数字电
4、流测量系统。在测试时用该专用电源代替手机电池,电源就能测量在测试期间流入手机的电流,直接给出手机功耗和泄露的电流。移动电话制造商在生产测试中用这类专用电源验证移动电话是否能够达到功率要求。这类专用电源也可在实验室中用来表征手机及其关键部件。在移动电话生产中,大多数制造商都会测量手机各种工作状态,诸如发送、接收、播放和接入互联网时的较大电流以及关机或待机时的小电流。大电流测量能够保持ATE系统的快吞吐率,但测量小电流一般较慢,因为待机模式、睡眠模式和泄漏电流测量需要为消除噪声而采用长的积分周期。应注意手机是在高电流泄露(如发送脉冲期间)和低电流泄露(如待命时)间切换。这就要求电源能如同手机的电池
5、一样,电源必须有很快的瞬态响应能力以确保电压稳定。如果电源在瞬态变化时对手机供电电压造成波动,手机的低电池电压探测电路就可能关断手机。为精确测量从电池流出的极低电流,这些电源有高阻值的电流分流器(100至10k)。未经校正的大分流电阻将会造成输出电压产生非常大的跌落,以及DUT旁路网络中常见容性负载造成的不稳定性。为此,这些电源必须用专用电路动态来短路这些高阻值分流器,从而把电源的瞬态响应改进到可接受的程度。众多的专用电源制造商都有各自的技术,其中许多技术受专利保护。当前解决方案的不足之处在这类技术中,为解决稳定性问题,往往会把一个大电容器接到高阻值的分流器上。这样做虽然解决了电压稳定性问题,
6、但却会浪费大量的测量时间。因为在小电流流过这些大阻值分流器时,大电阻器和大电容器的组合形成了高时间常数和更长的稳定时间。此外,这些技术还用MOSFET连接大电阻器,以在大电流驱动时短路电阻器和电容器。激励这些FET会产生输出电压的不连续,这是难以克服的挑战,并非所有厂家的产品都会取得成功。金属-氧化层-半导体-场效晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effecttransistor)。MOSFET依照其通道的极性不同,可分为n-
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