手持设备中超小型元器件的发展趋势

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如今，手机成为人们日常生活中不可或缺的一部分。全球的手机市场正呈现出两极化的发展趋势：高端、多功能手机和低价格、单一功能手机。在欧美市场，消费者通常希望拥有带有收发电子邮件、GPS、照相、电视、互联网、游戏、音乐、视频下载等多种功能的高端手机。而像南亚、印度和巴西的消费者，多半希望价格便宜的标准功能手机。电容、电感等元器件以及模块化手机解决方案则需要从这两个市场需求出发，以便满足不同消费者的需求。

射频电路的要求在手机中，射频模块控制着核心的通信功能，随着手机的功能越来越多，这个射频模块的体积也越来越小，以便留出空间放置其他元器件，例如，供电需要的基带电路等。这样一来，射频电路就要求使用更小的组件，电路模块化，模块小型化，以便尽可能满足空间受限的需求。所以，射频电路中使用的元器件必须在保持高频功能的同时尽可能缩减体积。高端手机除了采用常规高频电路以外，现在一般都会带有蓝牙、GPS、电视调谐等其他功能。伴随着天线及相应应用的增多，在这些高端手机中高Q值电感的使用也在增多。设计者使用具有高Q值的多层片式电感用于阻抗匹配或其他系统中。这种多层片式电感在设计射频模块、未来功能升级及缩小手机体积方面具有至关重要的作用。 更小的功率电感在一些流行的消费电子中，常常可以看到小型功率电感，例如,手机、数码相机、硬盘驱动器、便携音频播放器、笔记本电脑用的ODD等。在这些体积受限的设备中，重量和持续工作时间是需要考虑的两个关键因素。 每一次产品的升级换代都会带来更多的功能，这将增加使用电路模块、DC/DC转换器、高性能电感的数量。但是，电子产品本身的体积却越来越小，因此，采用更小体积的元器件势在必行。在手机中，一个四或五通道转换器不是采用线绕电感就是采用多层电感，他们体积小而且具有高频特性。微型功率电感就像手机一样，现在，手持设备中电源的发展趋势是体积越来越小，效率越来越高。为了实现这一点，必须降低电感的体积、减少元器件数量。一种解决方案是提高开关电源的开关频率。这将降低电感值，减小电感体积，增加负载变化带来的瞬时响应。
                          
                       
                          
                                过去， 500kHz开关频率，需要的电感的范围是4.7～10μH。但是现在，开关频率已经提高到1～6MHz，电感值降到1μH，如图1所示。

提高开关频率有优点也有缺点。随着开关频率提高，开关器件损耗也在增加，效率降低。所以，不能不考虑电路及其他器件的发展而一味地提升开关频率。当开关频率为300kHz时，需要的电感的尺寸大小为4.0mm×4.0mm×1.8mm；当开关频率提高到1.5MHz时,则需要更小的电感，尺寸为3.0mm×3.0mm×1.0mm,以便满足小型体积的设计。开关频率进一步提高，电感值也会相应地降低，从而允许采用体积更小的电感。电感的厚度也在不断变薄。就在几年前，大多数手机电感的厚度是2.0mm，而现在，电感厚度已经降到1.0mm。即便这样，由于尺寸原因、设计因素以及性能上的考虑，设计者仍然需要更薄、更高效率的电感。体积优化的电感在空间受限的设计中使用线绕电感的原因是，它具有sleeveless和coreless结构，这种电感仅仅由一个drum core构成，采用一种专门的铁氧体粉末涂布技术制成。这种结构的电感在drum core和sleeve core之间没有空气，从而，使电感能抵抗涡流湍流，降低对交变电流的阻抗。而且，由于树脂涂布技术，这种结构的电感非常坚固，并且能带来更高的电源效率，而这一点对小型手持设备至关重要。另一种体积优化的线绕电感设计方案是减少所有结构上可能的浪费空间，这样做的结果是，同传统电感相比，可以减少电感表面积达50%，并且大大降低直流阻抗，同时仍然保持较高的额定电流和低Rdc。未来的趋势展望未来，来自手机，包括智能手机的需求将持续增长。面向印度和巴西这样的发展中国家的低成本手机设计将成为巨大的市场增长点。