CN101697093B - 无线网卡电源管理电路及具有所述电路的无线上网终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网卡电源管理电路及具有所述电路的无线上网终端，包括一颗对输入电流具有限制功能的DC/DC稳压器，所述DC/DC稳压器的输入引脚连接电源接入端，DC/DC稳压器的输出引脚连接至上网卡的后续功能电路，为后续功能电路提供工作电源。本发明的无线网卡电源管理电路结构简单，电源转换效率高，系统整体功耗低，所用器件少，走线简单，成本低，电路板的空间占用面积少，从而可以有利于无线上网终端的小型化设计，且能够稳定可靠地对连接使用所述无线上网终端的电脑进行保护。

Description

无线网卡电源管理电路及具有所述电路的无线上网终端

技术领域

本发明属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于无线网卡的电源管理电路以及采用所述无线网卡电源管理电路设计的无线上网终端。

背景技术

近两年来，随着以数据业务为主的3G通信快速展开，3G无线上网卡也大量进入到人们的生活中，而作为3G三大主流标准之一的CDMA20001xEVDO技术，由于其快速低功耗、低辐射的原因，而备受推广。EVDO实际上是三个单词的缩写：Evolution(演进)、Data(数据)、Only(唯一)，其全称即为CDMA20001xEVDO，是中国电信所运用的3G标准制式CDMA2000的一个演进阶段。EVDO无线网卡作为最主要的EVDO数据业务通信终端，又有USB接口方式、mini PCIE接口方式等几种，基于USB接口的无线网卡由于携带方便、即插即用、接口方式流行等特点，现在应用最为广泛。

近年来，人们的环保意识逐渐增强，电子产品的高效率低功耗设计势在必行，因此，在EVDO无线网卡的电源管理电路设计中就需要使用更高效率的降压稳压器。使用USB接口的EVDO无线网卡，工作时需要从上位机取电，通过上位机提供的USB电压为+5V，需要一个降压稳压器将其转换成+3.4V～+4.2V之间的直流电压，以供上网卡的基带电路和射频电路工作使用。考虑到高效率低功耗的设计目的，优选采用降压型DC/DC稳压器进行电路设计，而不采用LDO稳压器进行设计，因为DC/DC稳压器的效率更高。

根据USB协议的标准，一般作为上位机的电脑都会提供+5V、500mA的USB电压，但也有一些电脑厂商为外部USB设备使用留有一定的功耗余量，他们的电脑会提供+5V、750mA的USB电压。如果外部的USB设备如无线网卡等从电脑取电超过电流限制之后，电脑内部的限流措施就会起作用，如内部的限流电阻会烧断，造成用户电脑的USB接口不再好用，因此，在大功耗的USB外设正规产品设计中，都要有限流保护措施。

在现有的EVDO、WCDMA、TD_SCDMA无线网卡方案中，电源管理电路比较通用的设计方案是：从电脑取出的电源首先经过一个限流器将电流限制在600mA左右，限流器用来避免网卡在正常使用或者出现故障导致过流时对上位机造成损害，有的限流器还具有过流关断功能；在限流器的后面连接一个降压型DC/DC稳压器，将输入电源降压到+3.4V～+4.2V之间，以供基带电路和射频电路工作使用。

这种采用一颗分立的限流器和一颗分立的降压型DC/DC稳压器来组建无线网卡电源管理电路的设计方式，其缺点是硬件成本较高(两颗芯片的成本加在一起，再加上外围的去耦电容等器件)，转换效率低(两个器件的效率相乘为整体效率)，占用电路板的面积较大，不利于将上网卡做得小巧，PCB走线也比较麻烦等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低的无线网卡电源管理电路，通过采用一颗集成有限流功能的DC/DC稳压器来对输入的电源进行转换处理，从而在满足后级电路工作需求的同时，简化了硬件电路设计，使得无线上网卡的小型化设计成为可能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无线网卡电源管理电路，包括一颗对输入电流具有限制功能的DC/DC稳压器，所述DC/DC稳压器的输入引脚连接电源接入端，DC/DC稳压器的输出引脚连接电源输出端，并通过所述电源输出端连接上网卡的后续功能电路，为后续功能电路提供工作电源。

为了使通过所述DC/DC稳压器转换输出的直流电压能够满足后级电路的工作要求，在所述DC/DC稳压器的输出引脚连接有分压电路，所述分压电路的分压节点连接DC/DC稳压器的反馈引脚，改变所述分压节点处的电压值，以达到调节DC/DC稳压器输出电压幅值的设计目的。

其中，所述分压电路优选采用两个分压电阻连接而成，改变所述两个分压电阻的阻值以改变其分压节点处的电压值。

优选的，调节分压电路的参数值，使通过所述DC/DC稳压器的输出引脚输出+3.6V的直流电压。因为经试验证明，+3.6V为最佳输出电压，此时上网卡系统的整体功耗最小。

为了进一步稳定DC/DC稳压器输出至后级电路的工作电源，所述DC/DC稳压器的输出引脚通过串联的功率电感分别与所述的分压电路和电源输出端相连接。

进一步的，所述电源输出端通过一个去耦电容连接所述分压电路的分压节点，并通过另外一个去耦电容接地。

为了将输入电流限制在正常范围内，以避免对上位机造成损坏，所述DC/DC稳压器的输入电流限制的高阈值设置引脚通过电阻接地，调节所述电阻的阻值以限制输入到所述DC/DC稳压器的电流在615mA以下。

又进一步的，所述无线网卡为基于USB接口的EVDO无线网卡，所述电源接入端为USB接口的电源端。

再进一步的，所述后续功能电路为基带电路和射频电路，所述基带电路和射频电路的电源端均与所述的电源输出端相连接。

基于上述无线网卡电源管理电路的组建结构，本发明又提供了一种采用所述无线网卡电源管理电路设计的无线上网终端，通过在无线上网终端中采用一颗对输入电流具有限制功能的DC/DC稳压器配合简单的外围电路来设计其内部的无线网卡电源管理电路，以生成基带电路和射频电路工作所需的供电电压，从而实现了电路结构的简化设计。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的无线网卡电源管理电路结构简单，所用器件少，转换效率高，整体功耗低，走线简单，成本低，电路板的空间占用面积少，从而可以有利于无线上网终端的小型化设计，且能够稳定可靠地对EVDO无线网卡用户的电脑进行保护。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的无线网卡电源管理电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

本发明为了简化电路设计，采用一颗可以对输入到其内部的电流大小进行限制的DC/DC稳压器代替两颗分立的限流器和降压型DC/DC稳压器来设计电源管理电路，以此来将无线网卡接入的供电电源转换为后级电路所需的工作电源，为无线网卡中的相应功能电路(比如基带电路或者射频电路等)供电。

作为其中一种具体的电路组建方式，可以采用一颗功能相对简单的DC/DC稳压器进行设计，比如只能将输入电流限制在固定值上的DC/DC稳压器。此时，需要根据无线网卡对接入电源的具体要求对DC/DC稳压器的具体型号进行有针对性的选择。例如：对于EVDO无线网卡来说，应该选择可以将输入电流限制在500mA～750mA之间的DC/DC稳压器来设计电源管理电路。此时，只需将所述DC/DC稳压器的输入引脚连接无线网卡的电源接入端，输出引脚连接电源输出端，设置DC/DC稳压器的转换输出电压幅值，使其满足后级电路的供电要求即可。

对DC/DC稳压器输出电压幅值的设置可以采用软件编程的方式实现，也可以采用配置外围电路的方式实现，具体应视所选择的DC/DC稳压器的设置要求进行配置。

为了提高电源管理电路的适用性，作为另外一种具体的电路组建形式，可以采用一颗具有输入电流可编程限制功能的DC/DC稳压器进行电路设计。此时，用户只需根据电路的具体要求，设置DC/DC稳压器对输入电流的最高限制阈值或者最低限制阈值，即可将输入电流限制在所要求的范围内。然后，利用DC/DC稳压器的电平转换功能将通过无线网卡的电源接入端输入的外部供电电源转换为后级电路所需的工作电源，为无线网卡中的基带电路和射频电路供电。

下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述无线网卡电源管理电路的具体组建结构及其工作原理。

实施例一，参见图1所示，本实施例以集成有输入电流可编程限制功能的DC/DC稳压器N1为例进行说明，比如型号为TPS62750等的高转换效率的DC/DC集成芯片。其中，PVIN为DC/DC稳压器N1的输入引脚，连接无线网卡的电源接入端VBUS，通过所述电源接入端VBUS连接外部上位机，以从上位机中获取供电电源，为无线网卡中的内部电路供电。以基于USB接口的EVDO无线网卡为例进行说明，所述电源接入端VBUS即为EVDO无线网卡上USB接口的电源端。通过USB接口连接上位机端的USB接口，即可从上位机中获取+5V的直流供电电源。当然，对于基于其他接口形式的无线网卡来说，只需连接该接口的电源端即可，本实施例并不仅限于以上举例。AVIN为DC/DC稳压器N1中为片内模拟电路供电的引脚，连接电源接入端VBUS。EN为DC/DC稳压器N1的使能引脚，高电平有效。将其电位拉低时，会使DC/DC稳压器N1自动关闭。因此，在本实施例中将所述使能引脚EN与电源接入端VBUS相连接。SET_L为输入电流限制的低阈值设置引脚，通过电阻R1接地。ISET_U为输入电流限制的高阈值设置引脚，通过电阻R2接地。PWPD为DC/DC稳压器N1的散热地引脚；PGND为片内NMOS管的电源地引脚；AGND为芯片内部模拟电路的地引脚，三路地引脚均接地。H/L为高低限流阈值使能引脚，当为高电平时，高限流阈值起作用；当为低电平时，低限流阈值起作用。在本实施例中，需要对输入电流的最大值进行限制，因此，将H/L引脚与所述的电源接入端VBUS相连接。FB为DC/DC稳压器N1内部电压规整环路的反馈引脚，通过分压电路连接DC/DC稳压器N1的输出引脚L，以实现对DC/DC稳压器N1输出电压幅值的有效调节。

在本实施例中，所述分压电路可以采用两个分压电阻R3、R4连接实现，如图1所示。所述分压电路一端接地，另一端连接DC/DC稳压器N1的输出引脚L，其分压节点连接反馈引脚FB。通过调节分压电阻R3、R4的阻值，即可实现对DC/DC稳压器N1输出电压大小的调节。

为了进一步稳定DC/DC稳压器N1的输出电压，优选在DC/DC稳压器N1的输出引脚L上串联一路功率电感L1，并通过所述功率电感L1分别与分压电路和电源输出端VPH_PWR相连接，以起到储能的作用。去耦电容C2连接在电源输出端VPH_PWR与分压电路的分压节点之间；去耦电容C3连接在电源输出端VPH_PWR与地之间，以进一步起到稳定输出电压波形的目的。通过电源输出端VPH_PWR连接后级的基带电路和射频电路的电源端，即可为基带电路和射频电路提供其所需的工作电源。

为了对接入的供电电源进行滤波处理，优选在电源接入端VBUS与地之间连接去耦电容C1，以稳定输入的供电电源波形。

下面对本实施例的无线网卡电源管理电路的工作原理进行说明。

当电脑或者手机等上位机需要上网时，可以将内置有上述无线网卡电路的无线上网终端插接到上位机的USB接口上，利用上位机提供+5V直流供电电源，通过电源接入端VBUS引入到无线网卡电路中。将DC/DC稳压器N1的高低限流阈值使能引脚H/L利用VBUS拉高，即选择高限流阈值有效，可设置范围从0.3A到0.85A，且这里的限流阈值是指平均值而非瞬态值。在本实施例中，为了可靠限制输入电流，保护上位机，并实现供电电源的高效率降压转换，优选将输入电流的高限流阈值设定为615mA，这个数值的选择主要基于以下考虑：1.由于限流阈值随着温度的变化会产生偏差，因此，需要保证在DC/DC稳压器N1的正常工作温度范围内，限流阈值在500mA与750mA之间；2.给设计留有一定的余量。将高限流阈值设为615mA，需要将连接在输入电流限制的高阈值设置引脚ISET_U上的限流电阻R2的阻值设置为40KΩ，其计算公式如下：

$R_{\mathrm{LIM}\_U}=\frac{1.23}{I_{\mathrm{LIM}\_U}}\×20000$

将I_{LIM_U}＝615代入上述公式，即可得到R_{LIM_U}＝40KΩ，即限流电阻R2的阻值为40KΩ。

在本方案中，输入电流的低限流阈值虽然不用，但是，限流电阻R1还是要设置的，可以选用阻值为69.8KΩ的电阻，对应的限制电流为96mA。

DC/DC稳压器N1输出电压V_OUT的大小可以通过选择分压电阻R3和R4的阻值来设置，以满足后级电路的供电需求。具体计算公式如下：

$V_{\mathrm{OUT}}=V_{\mathrm{REF}}\×(1+\frac{R_3}{R_4})$

上式中，V_REF即为反馈引脚FB的参考电压值，为一固定值0.6V。比如选择R3为900KΩ，R4为180KΩ，这样得到的输出电压V_OUT即为3.6V，即通过电源输出端VPH_PWR输出给后级基带电路和射频电路的工作电压为3.6V。之所以选择3.6V的输出电压，是因为此时无线网卡在正常使用时的平均功耗最小。

本发明的无线网卡电源管理电路走线简单、可靠性高，占用PCB面积小，因此有利于无线上网终端的小型化设计。该电源管理电路可以广泛适用于EVDO无线网卡的设计方案中，也可以推广应用到WCDMA、TD_SCDMA等无线网卡的设计中，以起到对连接所述无线上网终端的上位机电脑的有效保护，使电脑用户可以安全的上网。

应当指出的是，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线网卡电源管理电路，其特征在于：包括一颗对输入电流具有限制功能的DC/DC稳压器，所述DC/DC稳压器的输入引脚连接电源接入端，DC/DC稳压器的输出引脚连接电源输出端，并通过所述电源输出端连接上网卡的后续功能电路，为后续功能电路提供工作电源；其中，所述DC/DC稳压器的输入电流限制的高阈值设置引脚通过电阻接地，调节所述电阻的阻值以限制输入到所述DC/DC稳压器的电流在615mA；所述DC/DC稳压器的输入电流限制的低阈值设置引脚通过另一阻值为69.8KΩ的电阻接地，所述DC/DC稳压器的高低限流阈值使能引脚连接所述的电源接入端。

2.根据权利要求1所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：在所述DC/DC稳压器的输出引脚连接有分压电路，所述分压电路的分压节点连接DC/DC稳压器的反馈引脚，改变所述分压节点处的电压值，以调节通过DC/DC稳压器的输出引脚输出的电压幅值。

3.根据权利要求2所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述分压电路由两个分压电阻连接而成，改变两个分压电阻的阻值以改变其分压节点处的电压值。

4.根据权利要求2所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述DC/DC稳压器的输出引脚输出+3.6V的直流电压。

5.根据权利要求2所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述DC/DC稳压器的输出引脚通过串联的功率电感分别与所述的分压电路和电源输出端相连接。

6.根据权利要求5所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述电源输出端通过一个去耦电容连接所述分压电路的分压节点，并通过另外一个去耦电容接地。

7.根据权利要求2所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述无线网卡为基于USB接口的EVDO无线网卡，所述电源接入端为USB接口的电源端。

8.根据权利要求2所述的无线网卡电源管理电路，其特征在于：所述后续功能电路为基带电路和射频电路，所述基带电路和射频电路的电源端均与所述的电源输出端相连接。

9.一种无线上网终端，其特征在于：包含有如权利要求1至8中任一项权利要求所述的无线网卡电源管理电路。 

Images