如果把手机比作一个热闹的舞台,那么电源就是构筑舞台的砖块。少了它,舞台有倾覆之虞。
对于一个电源工程师来说,综合考虑成本、面积、性能等,为繁杂的手机电路提供系统性的电源设计,并不是一件轻松的任务。稍有不慎就会掉链子,或者闹出幺蛾子。
平台的抽载不是老实巴交的,它喜欢瞬态抽载,那么电源完整性如何、PDN设计是否达标?否则容易存在稳定性方面的问题(用的好好的,突然死机了)。越先进的处理器对电源的要求越严格,电源能力越强,则处理器处理能力越强。
其次,LCM、CCM、DDR、UFS、audio小信号、传感器、射频等各个模块也不是省油的灯,对电源挑三拣四的。电源质量会影响他们的表现,从而影响产品口碑。那么出现问题后如何定位与解决?项目后期,在不能更改硬件的前提下又如何解决这个问题?
细节决定成败,移动设计,如何实现极致的效率来延长续航时间(DOU),重载的效率是一回事,轻载,尤其是灭屏待机的效率难道不用优化吗?两者会内讧吗?
电源这么多拓扑,这么多模式、这么多方案、这么多术语,会不会眼花缭乱,本质相同的东西却披上不同的外衣,会不会迷惑住你?最佳方案是妥协出来的,那么你的妥协方案够不够系统,有没有忽视的场景。
案例背景
项目中曾遇到过数字耳机录音干扰问题,发现插入Type-C数字耳机后,录音后的音频有滋滋声。该声音很可观,像蜜蜂在耳边嗡嗡叫,用户能明显感知到,这种问题如果不加以处理,将影响产品的表现和公司的口碑。
先对录音后的音频文件进行FFT变换,能明显看到低于20KHz的频点,而且频点不是特别固定,我们都知道,人耳可听的频率范围为20~20KHz,能对应上。
数字耳机是通过手机OTG 5V输出供电,是个boost拓扑(buck 充电芯片反过来用就是boost),如下图蓝线所示。因此首当其冲,我们先测试下电源输出波形(VBUS波形),看下是否有异常的纹波或噪声。

一测就发现了问题,纹波很大,继续定位,发现在VBUS上并联一个电阻负载(假负载)则纹波有重大改观,人耳可听噪声消失。
由此check到,是轻载时,Boost电路工作在PFM模式,VBUS纹波较大,开关频率不固定而且较低。而VBUS是数字耳机内部AD/DA的供电,VBUS的纹波成为了肇事者;而重载时,Boost工作在PWM模式,纹波小,开关频率是固定的而且较高,由此不构成人耳可听噪声。


解决方案
通过寄存器的PFM_OTG_DIS位关闭PFM模式,噪声消失,恢复为美妙的音乐。即使是项目组中的金耳朵,也听不到噪声。

但需要说明的是,虽然disable PFM模式解决了噪声问题,但轻载效率变低了,轻微影响DOU。PFM的初衷就是为了提升轻载效率的,在轻载时降低开关频率,便减少了所需的开关操作次数,从而降低开关损耗,提升了轻载效率。
因此这是一个妥协,下图列举了PFM和PWM的效率对比示意图。

经验教训
音频模块的供电,需要特别注意开关电源的不同工作模式所可能引入的干扰,得像伺候大小姐一样细心。