國(guó)標(biāo)《移動(dòng)通信手持機(jī)充電器及接口技術(shù)要求和測(cè)試方法》將本來(lái)就已熱炒的手機(jī)USB充電推向頂峰。雖然有越來(lái)越多手機(jī)支持USB充電功能，但是，在6月14日這個(gè)強(qiáng)制實(shí)施的日子到來(lái)之時(shí)，真正能符合國(guó)標(biāo)的手機(jī)僅有寥寥幾款。究其原因則是市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)二合一接口的USB充電方案五花八門、魚(yú)目混珠，并且一些不適當(dāng)?shù)姆桨笇?dǎo)致手機(jī)返修率急升。比如有些手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)的架構(gòu)并不支持USB充電，但為了迎合市場(chǎng)需求，改成支持USB充電。這種情況下會(huì)導(dǎo)致許多問(wèn)題出現(xiàn)，比如PA、DC/DC、電壓調(diào)整器損壞，以及充電時(shí)接通率下降等。

新型USB充電管理IC能消除充電延遲、同時(shí)給電池和負(fù)載充電。Kkxesmc

“國(guó)標(biāo)主要是針對(duì)適配器側(cè)的規(guī)范，統(tǒng)一的接口設(shè)在充電器一側(cè)，它對(duì)手機(jī)內(nèi)部的電源管理并沒(méi)有規(guī)范，其目的是統(tǒng)一適配器接口，減少用戶多次購(gòu)買適配器的浪費(fèi)，減少電子廢棄物，我們支持這一規(guī)范。但是，以目前的狀況來(lái)看，很少手機(jī)廠商推出支持國(guó)標(biāo)的產(chǎn)品，主要原因是每一家AC/DC適配器的電壓/電流都不一樣，手機(jī)廠商在現(xiàn)有的架構(gòu)下很難支持不同的適配器?！盩I中國(guó)區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理張洪為表示。他指出，為了符合國(guó)標(biāo)，手機(jī)廠商需要考慮選擇新一代的USB充電管理方案，比如采用具有更寬電壓的USB充電IC，能覆蓋所有適配器的電壓/電流要求。TI目前已批量提供這樣的IC。為了保證充電速度不受影響，充電管理IC應(yīng)該能自動(dòng)檢測(cè)到來(lái)自USB端口的最大電流值，提供與這個(gè)最大電流值匹配的充電電流。

Tony Armstrong：手機(jī)制造商將失去銷售適配器贏得的利潤(rùn)！

安森美半導(dǎo)體高級(jí)應(yīng)用工程師劉耀輝也分析了目前國(guó)標(biāo)難實(shí)施的原因，“如要符合國(guó)標(biāo)，手機(jī)廠商初期很可能要耗用資源在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及包裝中做出更改，短期內(nèi)會(huì)帶來(lái)一定的成本上的增加。因此，目前的新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上還處在建議階段，但我們可以感受到相關(guān)部委減少電子廢物、保護(hù)環(huán)境的決心，可以預(yù)見(jiàn)到不遠(yuǎn)的將來(lái)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)成為強(qiáng)制性的規(guī)范?！彼e例說(shuō)，目前的充電管理器件或PMU的過(guò)壓保護(hù)功能不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)壓保護(hù)(OVP)的要求，在新標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格測(cè)試下很可能會(huì)燒毀充電調(diào)整器件，因此，必須加裝專門的過(guò)壓保護(hù)器件。因此，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，安森美半導(dǎo)體已推出3種OVP IC：NCP360、NCP347和NCP348以滿足不同應(yīng)用的要求。 而凌力爾特公司的產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tony Armstrong則進(jìn)一步指出，手機(jī)充電國(guó)標(biāo)執(zhí)行難的主要原因除了技術(shù)外，更有手機(jī)廠商商業(yè)上的考慮。他分析說(shuō)：“許多蜂窩電話制造商實(shí)際上通過(guò)銷售用于電池充電的外圍AC適配器贏得了更多的利潤(rùn)，而采用集成方案(即把充電外設(shè)內(nèi)置于蜂窩電話本身之中)意味著他們將失去這部分利潤(rùn)！” 的確，大型手機(jī)廠商都有專門的適配器代工廠，如果采用國(guó)標(biāo)，這部分的利潤(rùn)將會(huì)完全失去，這也是為什么國(guó)際手機(jī)廠商消極對(duì)待國(guó)標(biāo)的主要原因。截止6月14限期，市場(chǎng)上仍僅是銷售份額較少的幾款手機(jī)產(chǎn)品宣布支持這一新的標(biāo)準(zhǔn)，外資品牌尚未參與進(jìn)來(lái)，國(guó)內(nèi)大品牌的手機(jī)廠商也少有參與。除上面談到的不愿失去適配器的利潤(rùn)外，大品牌的手機(jī)品種多，且他們自己的各種品牌間已大部分轉(zhuǎn)向統(tǒng)一的充電器接口，如要再轉(zhuǎn)向國(guó)標(biāo)，付出的修改成本將會(huì)巨大，這也是他們無(wú)所動(dòng)的主要原因。此外，如果用A廠家的充電器把B廠家的手機(jī)充壞了，那么在售后服務(wù)上就會(huì)產(chǎn)生很多糾葛，這也是阻礙手機(jī)廠商支持國(guó)標(biāo)的另一個(gè)主要原因。 不過(guò)，雖然對(duì)于中國(guó)的國(guó)標(biāo)并不會(huì)很快支持，但是這些國(guó)際手機(jī)廠商對(duì)手機(jī)中采用USB數(shù)據(jù)/充電二合一端口的趨勢(shì)則是普遍認(rèn)同的，并且這已是一個(gè)不可否認(rèn)的趨勢(shì)。Armstrong說(shuō)道：“據(jù)我們估計(jì)，在全球范圍內(nèi)生產(chǎn)的所有蜂窩電話當(dāng)中，目前大約有5% 具備真正的USB充電功能。我們相信這種趨勢(shì)將在未來(lái)的蜂窩電話中日益凸顯出來(lái)。事實(shí)上，諾基亞公司已經(jīng)宣布，他們準(zhǔn)備在其面向歐洲市場(chǎng)的未來(lái)蜂窩電話中配備微型USB端口?！蹦壳埃ν辛_拉的RAZR已可提供支持USB充電的管理架構(gòu)。 劉耀輝補(bǔ)充道：“現(xiàn)在，主流手機(jī)平臺(tái)供應(yīng)商如TI和MTK在其最新推廣的平臺(tái)中都已考慮了USB充電的兼容性。我們有理由相信USB充電不久會(huì)在手機(jī)應(yīng)用中得到普及?！?這里要注意的是，他們談到的USB充電功能與目前市場(chǎng)上大部分手機(jī)所采用的USB充電、或者有些用戶直接用USB數(shù)據(jù)口來(lái)進(jìn)行充電，是不同的，前者能應(yīng)變不同的電壓輸入，不會(huì)由于USB的不當(dāng)充電導(dǎo)致器件損壞，后者就沒(méi)有這些功能。因此，在二合一充電端口的需求下，手機(jī)廠商要小心選擇充電方案，否則會(huì)出現(xiàn)充電時(shí)損壞器件、手機(jī)返修率上升、電池壽命縮短等問(wèn)題，那時(shí)不只是用戶利益受到損失，手機(jī)廠商也會(huì)因此而丟失信譽(yù)。 對(duì)手機(jī)制造廠商最重要的是需要弄清楚不適當(dāng)?shù)某潆姺桨笧槭裁磿?huì)帶來(lái)危害，以及如何選擇真正的USB充電管理IC。 USB充電方案不當(dāng)導(dǎo)致器件易受損 “我們?cè)陔娮邮袌?chǎng)上走走，可以看到手機(jī)采用二合一接口的USB充電后，返修率大增，而最易壞的是PA和DC/DC模塊。為什么？因?yàn)檫@些手機(jī)中采用了不適當(dāng)?shù)腢SB充電管理方案?！盩I的張洪為提示道。 由于市場(chǎng)上很多手機(jī)中采用的方案并不是專門針對(duì)USB供電功能而設(shè)計(jì)，而只是在原來(lái)的交流適配器充電架構(gòu)上進(jìn)行了改變，因此會(huì)導(dǎo)致很多不良后果。他解釋說(shuō)，當(dāng)采用二合一的接口后，過(guò)壓保護(hù)功能特別重要。一般來(lái)說(shuō)，USB的供電電壓是4.2V~5.2V，而交流適配器的供應(yīng)電壓則高得多，不同的廠商，電壓也不同。比如諾基亞的適配器供電電壓為9V，一些韓國(guó)廠商的適配器輸出電壓最高峰值更是達(dá)20V以上。所以USB充電管理IC一定要有過(guò)壓保護(hù)功能，才能實(shí)現(xiàn)二合一充電接口，或者要新增加一塊過(guò)壓保護(hù)IC，否則就會(huì)造成對(duì)后面系統(tǒng)的高壓沖擊，離充電管理IC最近的PA將首當(dāng)其沖，其次是DC/DC模塊。 面對(duì)這一新的要求，TI的USB充電管理IC在設(shè)計(jì)時(shí)定義了很高的電壓峰值，比如BQ24060測(cè)得在最大峰值26V下可連接工作87小時(shí)不損環(huán)；凌力爾特公司也專門推出了具有過(guò)壓保護(hù)的USB充電管理IC，比如專門針對(duì)USB充電市場(chǎng)推出的獨(dú)立電池充電器LTC4067，具有片上內(nèi)部過(guò)壓控制電路，可對(duì)輸入提供13V保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載電流增大時(shí)，LTC4067自動(dòng)降低電池充電電流，從而確保輸入電流不超過(guò)編程值。 采用二合一充電端口后，還有一個(gè)問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)：用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)充電時(shí)手機(jī)的接通率下降了。張洪為解釋，手機(jī)在利用筆記本電腦/PC的USB端口充電時(shí)，PC/筆記本電腦產(chǎn)生的噪聲會(huì)降低手機(jī)射頻的靈敏度，因此會(huì)出現(xiàn)充電時(shí)接通率下降。TI的方案針對(duì)這一需求提供了預(yù)穩(wěn)壓功能，能將大部分噪聲屏蔽掉，因此基本上解決了這個(gè)問(wèn)題。他提示，有些廠商由于USB充電管理IC沒(méi)有這個(gè)功能，只能通過(guò)提升手機(jī)射頻的供電來(lái)解決，“這只是一個(gè)堵的辦法，并不是一種事先防范的好辦法?！彼f(shuō)道。 凌力爾特新推出的一款針對(duì)USB充電的電源管理IC——LTC3555 PMIC，也具有穩(wěn)壓功能，它采用了一個(gè)高效率開(kāi)關(guān)模式PowerPath控制器，而不是之前所使用的線性PowerPath控制器。LTC3555的PowerPath控制器專為USB應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它包括一個(gè)精準(zhǔn)的平均輸入電流降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，能最大限度地利用容許的USB功率。由于節(jié)省了功率，LTC3555允許VOUT上的負(fù)載電流超過(guò)USB端口所吸收的電流，而不會(huì)超出USB負(fù)載規(guī)格的限制。PowerPath開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和電池充電器相互通信，以確保輸入電流絕不會(huì)違犯USB規(guī)格。 USB充電管理的兩種架構(gòu) 在選擇USB充電管理IC時(shí)，除上面這些要關(guān)注的問(wèn)題外，還要關(guān)注的一個(gè)更重要問(wèn)題是USB充電IC的架構(gòu)和工作方式。這兩種不同的架構(gòu)將會(huì)直接影響電池的壽命和電池續(xù)航的時(shí)間。 TI的張洪為解釋道，目前的USB充電IC分為兩種架構(gòu)：一種是傳統(tǒng)的架構(gòu)，即USB端口給電池供電，電池給系統(tǒng)供電。這種架構(gòu)下，當(dāng)電池充電完成后，USB停止供電，由電池繼續(xù)給系統(tǒng)供電。用戶一般習(xí)慣在夜間給手機(jī)充電，這樣，當(dāng)USB停止供電后，電池仍要給系統(tǒng)供電，繼續(xù)消耗電量，同時(shí)會(huì)造成反復(fù)充電，從而影響電池壽命。有些廠商采用了防止再次充電的辦法，但是電池的電量就會(huì)不斷消耗，等第二天早上用戶真正要用時(shí)，電量已不是滿容量了，這時(shí)需要在電池電量與電池壽命中有一個(gè)折衷。另一種架構(gòu)則是采用了智能功率路徑分配管理，即USB端口同時(shí)給系統(tǒng)和電池供電，這樣電池充滿電后仍保持滿電量，由USB端口繼續(xù)給系統(tǒng)供電，基本上杜絕了反復(fù)充電，電池電量和壽命都得到了保障。 目前市場(chǎng)上對(duì)這兩種方案的需求都存在。因?yàn)榭紤]到成本問(wèn)題，一些中低端機(jī)手機(jī)可能會(huì)采用第一種架構(gòu)，雖然會(huì)犧牲一些電池的壽命或待機(jī)時(shí)間，但成本是他們考慮的主要因素，TI的BQ24060就是為這類手機(jī)USB充電所設(shè)計(jì)。不過(guò)，現(xiàn)在已有越來(lái)越多的手機(jī)開(kāi)始采用第二種架構(gòu)，即智能功率路徑管理，“特別是中國(guó)政府關(guān)于手機(jī)充電器標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，刺激了該市場(chǎng)對(duì)新興架構(gòu)的采用?！睆埡闉楸硎?。TI的BQ24030和BQ24070都是采用這種智能功率路徑管理的USB充電IC，特別是后者，專門針對(duì)二合一的USB端口所設(shè)計(jì)，“BQ24070已被一些智能手機(jī)和便攜設(shè)備所采用，比如索尼的PSP?！彼嘎丁? 張洪為特別提示，TI新一代的USB充電IC還可以對(duì)二合一的USB口進(jìn)行電流檢測(cè)，并以不同的最大電流來(lái)充電的，比如當(dāng)從USB口可獲得500mA電流時(shí)，充電電流約為350mA；而當(dāng)檢測(cè)來(lái)自交流適配器的更大電流時(shí)，最大充電電流可達(dá)1.5A，“我們可以測(cè)得的最大電流值來(lái)充電，這樣能實(shí)現(xiàn)最快的充電速度?！彼f(shuō)，“而市場(chǎng)上有些方案，并沒(méi)有這樣的選項(xiàng)，而是將USB口的充電電流固定為500mA，這樣當(dāng)采用交流適配器充電時(shí)，就會(huì)犧牲速度；而當(dāng)USB口可供電流小于100mA時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)USB端口關(guān)閉，不能充電的狀況。這些都會(huì)影響用戶的利益?！? 上面提到的LTC3555也是采用了與TI相似的智能的功率輸送方法。Tony Armstrong表示：“LTC3555不同于現(xiàn)有的電池和電源管理IC，后者是充電器饋電系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，外部電源并不直接向負(fù)載供電，取而代之的是采用AC適配器或USB端口對(duì)電池進(jìn)行充電，再由電池給負(fù)載供電。如果電池已被深度放電抑或甚至缺失，那么在向負(fù)載輸送功率的過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)延遲。這是因?yàn)樵陔姵孬@取所需的最小電荷量之前是不能從其吸取功率的。采用LTC3555后，該延遲被消除，這樣一旦墻上適配器或USB電源接入，手持式設(shè)備將能夠立即上電。此外，該芯片還將獲取任何未被負(fù)載使用的可用功率，并利用其來(lái)為電池充電?！? 他進(jìn)一步解釋道，上述架構(gòu)有兩個(gè)好處，一是充電延遲的消除，二是電池充電和負(fù)載供電同時(shí)進(jìn)行，延長(zhǎng)了有效運(yùn)行時(shí)間，并在與USB電纜相連時(shí)加快了充電速度。該電源管理方法的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是：能夠在可使用AC或USB電源的情況下提升效率，因?yàn)樵谶@些場(chǎng)合中，免除了一個(gè)不必要的功率轉(zhuǎn)換級(jí)(即電池充電)。 在架構(gòu)的選擇上，除了上面兩種考慮因素外，目前市場(chǎng)上USB充電管理IC還有獨(dú)立與集成IC之分，后者將充電管理與電源管理單元(PMU)集成。Tony Armstrong對(duì)這兩種不同形式的方案分析道：“在那些對(duì)成本敏感的低端蜂窩電話中，擁有一個(gè)符合USB規(guī)格的獨(dú)立型充電器在經(jīng)濟(jì)性方面頗具意義。但是，在智能手機(jī)中，由于存在著可利用多種電源來(lái)為蜂窩電話供電以及對(duì)電池進(jìn)行充電這一復(fù)雜性，因此集成USB電源控制器和鋰離子電池充電器將更具意義?！? 安森美也傾向于支持集成的方案，劉耀輝指出：“分立的電池管理可能具有好的散熱特性以及更加完善的充電功能，但帶來(lái)高的成本及增加PCB占用面積；PMU集成充電管理目前是主流，有些平臺(tái)甚至將充電旁路器件也集成進(jìn)了PMU，得到最小的PCB占用面積，但由于工藝和功耗方面的原因，集成方案對(duì)充電電流的大小會(huì)有嚴(yán)格限制?！? 此外，他提示道：“ESD保護(hù)對(duì)手持設(shè)備接口尤為重要，且日益受到廠商的重視。安森美半導(dǎo)體針對(duì)USB接口應(yīng)用推出了系列TVS保護(hù)二極管和TVS Array，如ESD9C、ESD7C系列，NUP4060等。由于很低的電容，這些器件可以用于USB2.0全速的保護(hù)，且尺寸非常小巧?！? 而張洪為認(rèn)為，獨(dú)立的充電管理IC在對(duì)空間要求不是特別嚴(yán)格的GPS和PMP等便攜設(shè)備上應(yīng)用較多。