單一功能的設備已不能滿足要求，現在便攜式電子產品已兼具多種功能：手表可以當成電視搖控器；手機可以用做照相機和計算器；MP3播放器就是收音機、移動存儲器設備和相冊；PDA同時也是日歷、相機、手機和手持游戲機；還有好些新功能，不勝枚舉。我們已處在這樣一個時代：我們很難想起這些設備的主要功能究竟是什么。由于我們向便攜式電子設備中添加了越來越多的功能，也對這些設備的電源增加了更多的負擔。

　　即便是在那些AA、AAA和9V電池盛行的日子里，我們也不想拖著個車用電池來為所有這些附加功能提供電源。目前，電子器件首選電池是鋰離子充電電池，這種電池充電時間短，并可使用數小時，待機時間也多達幾周。電源管理和電池監控電路技術孕育了一種新的產品家族，其唯一目的是有效地管理電源以延長工作時間。電源管理及電池技術的進步已對電池壽命的延長有所幫助，但這只是我們要說明的一個部分。真正的意圖是使集成電路（IC）做到更有效、體積更小的同時具有更強大的功能。當今的IC要求低電壓運行、提供更大帶寬、更快轉換時間、更多字節數和較少失真，并用比上一代IC使用的還要少的電流來實現所有這些要求。

　　如今，視頻功能正成為了眾多便攜式設備的普通功能，像個人媒體播放器和手機。在與大的團體分享圖片時，手持設備的體積和分辨率的局限性也顯露出來，然而，視頻輸出的需求也由此產生。但是，這種新特色的出現會從另一方面使電池耗盡。此外，這種設備的視頻輸出通常是輔助功能，在正常使用時視頻驅動器通常處理關閉狀態。因此設計附加視頻電路時，工作電流和低功耗電流這兩個關鍵參數均成為有待解決的問題。

　　要更為深入地考察當今工程師在待機、工作和靜態電流上面臨的挑戰，有兩個設計例子要在此作介紹。在第一個例子中，MP3播放器視頻輸出部分的設計要求已進行了計論；在該例子中，設計考慮的主要因素是工作電流和電路板面積。第二種例子中，主要考慮待機電流的同時，解決超低功耗緩沖器應用的問題。

　　具有視頻輸出功能的MP3播放器

　　該設計中，要在MP3播放器增加一個復合視頻輸出級。該電路必須提供一個具有6MHz截止頻率、增益為+2的低通濾波，并工作在3-V電源條件下，所消耗的靜態電流小于3mA、待機電流小于15μA，能夠驅動150Ω負荷并占據最小電路板。成本始終是考慮因素，但在這些設計例子中暫忽略不計。

　　圖1顯示了一個具有離散有源濾波輸出級的典型視頻數模轉換器（DAC）/編碼器。有源濾波電路通常被視為一種“重建濾波器”。這種重建濾波器有助于消除在視頻DAC采樣過程中產生的多重圖像。這種濾波器利用一個運算放大器和多個分立元件來構成一個具有增益的2極點的Sallen-Key低通濾波器，用于驅動75Ω的視頻負載。

　　圖1：具有離散重建濾波器的視頻DAC

　　根據以上設計規范，視頻運算放大器如ADI公司的ADA4853-1就是一個不錯的選擇。當ADA4853放大器符合電氣規范時，還需要額外的元件以符合該例子的整體設計要求。對分立元件濾波器的一個替代方案是完全集成濾波器。采用集成方案會占用較少空間、更為穩定并縮短設計時間，在大多數情況下，不失為一個富有成效的解決方案。當采用集成方案時，可達到的簡化效果見圖2。

　　圖2：具有ADA4430集成放大器和濾波器的視頻DAC

　　給定兩種選擇方案，工程師要對兩種方案的電路性能、電流消耗和體積（如前所述，成本始終是一個考慮因素）予以權衡。視頻運算放大器對于該應用也是一個極佳的選擇，并且較之于如ADI公司的ADA4430這樣的集成視頻濾波器，是一種具有更低功耗的方案。然而，視頻濾波器具有較高的供應電流，但仍符合所有的目標規范，且只需要較少元件，使該方案成為該應用的較佳選擇。

　　超低功耗緩沖器

　　該應用針對便攜式娛樂設備中的25MHz時鐘緩沖器電路。該方案中的主要設計難題在于待機電流。這種應用的電源是僅能供應87mAhr的鋅空氣電池。其主要規格是：小于0.1μA的待機電流（分配到電路該部分的整個待機電流僅10μA）、小占位面積、3V工作電壓、小于3mA電源電流、整個電路面積為1cm2和帶寬為100MHz。

　　傳統意義上，采用一個外置FET導通三極管即可滿足小于0.1μA的待機電流要求，如圖3所示。但是，這會增加元件并大大占用分配到該電路的寶貴的電路板面積。在FET及相關電路中采用儲如ADG842這樣的模擬開關會簡化設計，但仍需要額外的電路板空間。

　　圖3：關斷電路。

　　該應用的一個理想方案是高速電壓反饋，像ADI公司的ADA4850這樣的軌至軌輸出運算放大器。這種器件使設計工程師無須考慮外置FET和周圍電路，簡化了布局，減少了電路面積從而滿足1cm2的電路板分配面積的要求。

　　在選擇元件及電路結構以符合系統設計規范時，設計工程師要不斷地面臨折衷且必須對所有系統設計規范進行權衡。在便攜式電子的設計競賽中，工程師要具備針對待機電流的要求對工作電流進行折衷的能力，反之亦然；與此同時，要不斷考慮價格、電路板面積和簡化設計的要求來提高性能。

　　隨著便攜式電子產品體積的壓縮及制造商們對這些設備不斷增添新的功能，半導體公司將需要深化其開發努力以提供更高效的元件，并增加每一塊芯片的集成水平和功能特性。這種不斷的發展將使未來的設計工程師使用較少電路板面積、較高的速度、在較低電源電流/電壓上運行，并能為下一代便攜式電子產品的終端客戶提供更高的價值。

　　作者簡介

　　John Ardizzoni是ADI公司高速放大器組的應用工程師，John于1988年畢業于美國馬力馬克學院并取得電子工程學學士學位，2002加入該公司，作者聯系方式是：john.ardizzoni@analog.com。