手机电路设计20问

  大家好，我是工程师看海，原文来自原创书籍：《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》

  这个问题本身实际上并不准确，首先，电压和电流是由负载的需求来决定的，比如负载需要的是1.2V的电压，前端电源就不能给他提供3.3V的电；负载需要500mA的电流，前端电源的输出电牛就不能低于500mA，要知道负载是先决条件，电源要根据负载来选择。

  再回到问题本身，从负载的角度而言，低电压、电流的负载功耗当然也低；从电源的角度而言，以LDO电源为例，某负载的需求是，那么LDO的输入、输出电流也是300mA，假如LDO输入是3V，则LDO本身的功耗就是(3-1)*0.3=0.6W，如果降低LDO的输入为1.2V，则LDO本身的功耗就是(1.2-1)*0.3=0.06W，功耗降低为前者的10%，如果负载是屏幕这种常开的类型，0.6W的功耗就会严重减低手机待机时间，此时需要优化电源，降低LDO上的损耗。

  以前粗略地介绍过快放电的原理《电源为何需要加快放电功能！不加行不行？》：。手机里面通常没有对能量进行存储，主要将能量通过mos对地泄放掉，能够理解为通过电阻接地释放掉，但是因为能量很少，所有对发热没什么贡献。但是在其他电子领域，就可能利用电容和一些开关，存储能量。

  我感觉这是个永恒的话题，以前介绍过电容啸叫的原理和解决方案《MLCC电容为何会啸叫？怎么让它闭嘴！》：。这样的一个问题的答案是可以，不管是PWM还是PFM频率都可以，然而从我的经验来看，手机内部的电压PWM频率一般超过听觉范围，如果改频率的话可以从PFM角度切入，但是受限于电压自身特性，频率可能难以避开听觉范围，此时就需要多种缓解方法入手了，比如重新布局电容、重新布局电源等。

  4 基带电路的主要功耗来自于哪一部分的能量损耗？通过什么方法能够降低损耗？

  这个问题有两个考虑的角度，1个是系统一定要使用的功耗，另一个是无用功耗。比如系统待机时，CPU降低主频，关屏幕，关相机等等，此时的功耗是必要功耗，业界都有个大概值，如果超过这个值很可能就是无用功耗，比如问题1中提到的，不合理的电源架构会增加无用功耗。

  软件有问题也会增加无用功耗，手机里有几百个GPIO，基本上每个用到的GPIO都需要对其进行上下电测试，如果这个引脚在待机时本来是需要低电平，但是软件配置成了高电平，甚至产生中间电平，可能会产生1ma无用功耗，如果手机设计厂商经验比较丰富，这1ma的无用功耗在研发时就会发现。另一个角度是热，功耗大会发热，热会限制手机性能，发热也会促进增加电路功耗，夏天的手机就比冬天更热。降低损耗也是个永恒的话题，需要从硬件、软件、材料、热等多个角度考虑，单方面整改效果有限，非常吃经验。

  手机里主要是MLCC陶瓷电容，陶瓷是种压电材料，这样一种材料有个特点，当两端的电压变化时，这个材料就会发生振动，电容就会叫，这是逆压电效应，当电容带着PCB电路板一起振动时，振动的声音就会大。医疗超声设备用到的就是这个原理，比如B超，就可以给陶瓷材料施加交变电压，产生超声波，如果频率在20-20Khz内，就会被人耳听到。

  我个人最大的感受是，手机电路太密了，寸土寸金，10层PCB是基本操作，电脑主板大概是12层。为降低成本，PCB不是任意阶，对过孔种类要求也搞，在这么小的空间内要塞下射频、天线、电源、高速信号、模拟信号、数字电源/地、模拟电源/地是个非常大的挑战。而且对研发、生产周期要求也高，手机动辄几十万、几百万甚至几千万的出货量，对电路可靠性和一致性要求很高，而且对供货等的要求也非常高，电路设计工程师需要在3-4个月内，完成研发、设计、生产所有环节，都是不小的挑战（不加班是根本不可能的）。

  7 手机将来的功耗优化方向？哪些部件入手？优化幅度能做到多少？漏电流 底电流如何要求，多少mA为优秀？

  参考文章《为什么手机续航总不够？功耗优化那些策略你知道多少？》：。关机是uA级别，待机是mA级别。

  特点是方法简单，缺点是电路复杂，软件看的电流不准，往往是多个模块的总电流。

  用程控电源给手机主板供电，供电电压可设为为3.8V-4.2V之间，此时程控单电源显示的电流就是系统电流，这样的解决方法在debug时很好用。

  比如某手机研发时发现待机时间短，用程控电源供电发生系统电流大约几百mA，此时如果拔掉屏幕，待机电流马上掉下来，那么就证明异常功耗大概率和屏幕相关。

  调试时在负载电源线路上串联采样电阻，使用多通道采集卡采集电阻电压，电压除以阻值就是电流。

  循环充一次电，电池使用寿命就少一次，从这个方面来讲，只要充电就会减少电池使用寿命，快充时，电池、手机发热大，电池对热很敏感，快充带来的高热量会降低电池使用寿命，因此非常不建议一边玩手机一边充电。

  这个从系统内和系统外干扰两个角度来考虑，系统外就是EMI，很少会遇到对二者的平衡选择，因为大部分EMI整改方法都是有效的（屏蔽、旁路等），电源会影响到EMI，但是通常不需要电源自身整改。另一个角度是系统内的，手机集成度特别高，在很小的主板下塞下射频、天线、电源、高速信号、模拟信号、数字电源/地、模拟电源/地、是个非常大的挑战，比如电源对相机画质的干扰，参考文章《相机电源受干扰案例分析，极度影响画质！》：。所以没什么权衡，有问题改就对了，不能说有干扰就不用电源了，要根据具体问题产生的原因来具体修改，修改好了其实谁都不可能影响谁的。