从“芯”体现:开发人员谈MP3音质优劣(4)

      转载 2004-11-19 22:21
三.便携式产品电源的设计:

  随着便携式产品不断涌现,如PDA、DIGITAL CAMERA、MP3等。便携式产品竞争逐渐加强,导致厂商不断增加产品功能,以吸引更多消费者的注意。但是消费者逐渐发现若采用传统的干电池供电,由于受到电池容量的限制,因此便携式产品使用时间和待机时间过短,电池频繁更换,已不能够满足用户的需要。电源供电及管理方案成为困扰设计师的一个重要问题。

  关于电池的确定上我们相关的设计者讨论了很多:

  目前的市场上MP3电池主要有如下的方式:常规干电池;口香糖电池(Ni-MH);外置用手机某种锂电池;内置Ni-MH、内置锂电池4大类。

  用干电池的又分7#和5#两种,使用7#电池会给消费者带来很大的使用成本,使用者太心痛,而且播放时间短,最后使产品成了鸡肋:用吧电池受不了,不用吧……。采用5#电池不可避免的会造成机子厚而大。

  我比较倾向于用可充电电池,它确实给消费者在一定时间里带来了方便:不用买电池了。标准的充电条件可以延长电池的寿命,给消费者节约开支。如果您一天使用3个小时,1节7#碱性电池可用10个小时,就是可用3天,1节7#碱性电池2.5元计算1年用100节,共250元,内置充电电池充满电后可以维持10小时以上的连续播放,充电电池的寿命一般为300至500次,按一般的使用率计算,使用3至5年没有一点问题,这为大家节省了很大一笔开支。

  我解剖了市面上几款采用充电电池的机型发现根本没有充电控制部分,联上电源就充电,无恒流、定时可言。我相信不到1年就会无法使用了!

  在众多可选的供电方案中,二次锂离子电池由于高能量密度、高输出功率、可快速充电以及重量轻、体积小和无污染等特性受到了电源设计工程师的青睐,同时近来锂离子电池的价格迅速下降,在便携式产品中已成为主流的供电产品。

  对于锂电池,能量的密集区域在3.6V,但通常客户出于充分利用电池能量的出发点考虑,希望利用锂电电池工作电压范围为:3.0V-4.2V。

  当然由于产品的不同,设计的不同会造成所需输出电压的不同,一般在2.7V-3.3V之间,甚至会低至1.8V(如 数码相机)。故对锂电降压/稳压器件产生了需求。另外,便携式产品中由于功能增加,其供电电流有逐渐增大趋势。目前产品供电电流已经达到100-500mA甚至更高,故如何提高供电效率日益成为电源设计师们需要考虑的问题。

  目前设计师在实际电源管理电路中通常会使用两类降压器件:LDO (低压差稳压器)和DC-DC开关式降压器。

  DC-DC开关式降压器:转换效率高达95%,压差最小。但它属于开关电源的一类,我们都知道开关电源用在mp3中那是对音色的雪上加霜啊!!!这里我跟大家说一下:市场上所有用可更换电池的mp3都要用到DC-DC开关式升压器的!可想到音色能好到哪去?

  对于LDO,由于其为线性降压元件,故供电效率完全取决于其输出电压大小。所以比较适合应用在输出电压相对较高的场合,若以锂电主要供电电压3.6V计,在输出目标电压为3.0V时,其供电效率:η=3.0V/3.6V*100%=83.3%

  通过以上计算可以明显看到:输出电压与工作效率成正比,输出电压太低,则大大影响了锂电供电效率。故比较适合于LDO器件良好运作的目标供电电压为3.0V-3.3V的范围。而这个电压范围正是mp3核心的DSP、DAC的最理想的工作电压:那怕只降低 0.2V,DAC的100dB信噪比就会降低几个dB!!!

  再一个优势是没有高频的开关干扰,而且信噪比还可以提高几个dB啊,可以给出纯美的音色啊!!!真是一举数得。锂离子电池真是绝配。

  记得玩音响的时候经常看到国外的顶级人事用蓄电池给黑胶唱盘的前级供电甚至给整套器材供电的做法真是让我叹为观止啊!但我现在也真真正正的做到了。

  关于使用充电电池最关键的就是充电控制了:要恒流、恒压、定时。我们公共实验室不光下大力气、高投入推出航空用的钛锌合金为基材款式的外观,我们也在充电智能控制电路下大投入,开发恒流在200mA、定时在3小时充满500mAH的Li充电电池电路并设计到mp3机中,您可以用PC机上的USB口充电,也可以用配套电源充电。并可满足mp3机使用10个小时。我们选用了美国德州2057。它是Li电池线性充电管理片上系统(SOC)芯片。适用于手机、PDA、数码相机、手持仪器的台式充电器(座充)对锂电池充电管理的需要,为手提产品应用而特别设计开发的。

  它能对电池充电的温度和充电状态全程监控,当发生过流、短路和过温时,将自动关闭,从而保护充电器件和电池。非常适合于便携式电子产品的紧凑设计需要。

  电池充电状况监视用LED显示电池充电状况。带有电池温度监测功能,利用电池包的温度传感器连续检测电池的温度,当温度超出设定范围时,会自动关闭对电池充电或自动切换到涓流充电模式。具有自动重新充电、涓流充电、二倍涓流充电、恒流/恒压充电、欠电压自动停止、低功耗休眠模式等多种功能。
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