有关USB无线上网卡电源技术及解决方案

      随着3G网络的普及，一些新款笔记本电脑已内置了3G无线网卡，即G3笔记本。对于大多数相对旧款电脑用户来说，如果拥有一款3G无线上网卡，同样可以享受3G网络带来的便利与乐趣。

      3G无线上网卡内部通常需要3.75V电源。由3.75V电压给电源管理芯片供电，一般产生1.5V/1.8V/2.8V/3.3V等电压分别给处理器内核、IO接口、存储器、SIM卡、音频处理等单元供电，同时3.75V也直接给射频功放模块供电。

      USB接口的3G无线上网卡，供电来源于USB提供的5V电压。主机USB通常可提供500mA电流，USB设备消耗的电流最高值是有一定限度的，即所消耗电流不能超出主机可提供的电流量。

      联芯科技芯片组的TD-SCDMA/GSM双模USB无线网卡的系统结构及电源方案方框图如图一：

图一 双模USB无线网卡系统结构方框图

      无线网卡插入USB接口，经过ESD、EMI回路抑制静电、浪涌电压及共模干扰，USB的5V电压经过AP1610限流开关加至DCDC转换器AP2420，产生的3.75V电压经过AP1610限流开关给超级电容器充电，供给AD6857电源管理芯片及射频功放。[page]

      AP1610是无锡芯朋微电子公司专为高端负载开关应用设计的限流P沟道MOSFET电源智能开关。其工作电压是2.4V~5.5V，是以3V和5V为电源的电子产品的理想保护器件。其完整的限流保护电路当大电流输入超过设定值时自动调节达到输出电流不变。AP1610还具有过热保护、限制功耗和结温的功能，可用于控制1A的负载。限流值是可编程的，通过SET端到地的外部电阻大小来调整。工作模式静态电流典型值 9µA， 关断模式静态电流典型值1µA。AP1610采用无铅5脚 SOT23封装，广泛应用于笔记本电脑、USB外设、热交换设备及便携通讯产品。AP1610的典型应用如图二。

图二 AP1610的典型应用

      AP1610有高电平有效和低电平有效两种选择，在3G无线上网卡应用中我们选用低电平有效的型号: AP1610ES5-LFKR，使能端接一10K电阻到地；RSET用10.3K电阻，设定限流值500mA。

      AP1610限流的5V电压,经AP2420高效率地转换为系统所需要的3.75V电压。AP2420 是无锡芯朋微电子公司高效DCDC降压芯片家族的一员，它是1.2MHz固定工作频率、电流模式PWM单片式降压稳压器，工作效率高达95％，非常适合于峰值工作电流达2A的条件下仍要求效率达到90%以上的便携式产品。其电流模式实现优异的线性和负载瞬态响应。在输出负载变低时，AP2420用脉冲跳跃模式工作，保证了低的输出纹波电压，有利于对噪声敏感的通讯电路工作环境。输入工作电压范围为2.5V至6.0V，输出电流可达2A，输出电压可低至0.6V，具有软启动、短路保护和过温保护功能。AP2420采用100%占空比的方式，实现了低压差工作模式，可有效延长电池供电的便携式设备的工作时间。1.2MHz的开关频率，使得外围元件可以小型化，内部补尝设计使得用小电感量电感（可减小体积）也足以保持高效率工作。AP2420 有输出电压可调整型（0.6V to VIN）和固定1.8V等型号，并且有 3mm x 3mm 10-lead TDFN 和 MSOP 两种封装形式，工作温度范围 -40°C to +85°C。AP2420广泛应用于数码相机、数码摄像机、调制解调器、笔记本电脑、打印机、无线上网卡等产品。AP2420在3G无线上网卡上的典型应用电路如图三。

图三 AP2420的典型应用[page]

      AP2420在5V输入、3.75V输出的典型工作效率如图四：

图四 AP2420的典型工作效率

      超级电容的作用：正常情况下USB提供5V@ 500mA电流，AP2420输出3.75V@ 633mA电流，然而3G网络数据通讯和语音通讯的最大工作瞬态峰值电流可达2A。这样最大峰值状态所需电流不足的部分就由超级电容器来补充。非峰值状态由AP2420给超级电容器充电储备能量。

      AP2420后面接的AP1610作用：后面接的超级电容器具有非常大的容值，通常有3300uF, 上电瞬间会有非常大的冲击电流。而正常 AP2420输出3.75V@ 633mA电流，超级电容器的瞬态吸收电流远大于前端所提供的电流，会影响系统电压的稳定性及系统的可靠性。AP1610在此限定最大允许电流值，减小超级电容器的瞬间吸收电流峰值，保证系统稳定工作。在此仍然选用低电平有效的型号: AP1610ES5-LFKR，使能端接一10K电阻到地；RSET用6.8K电阻，设定限流值850mA。

      以上粗略地介绍了联芯科技芯片组的TD-SCDMA/GSM双模USB无线网卡的系统结构及电源方案，以及无锡芯朋微电子公司的限流开关AP1610和DCDC降压稳压器AP2420在该方案中的应用，该电源方案同样适应于T3G、展讯等TD-SCDMA/GSM双模无线上网卡芯片组，也适合于CDMA20001X 、WCDMA等其它3G网络的USB无线上网卡的应用。