功能强大的串行接口，如USB和IEEE-1394等为个人电脑的发展带来了革命性的变化。它们提供了简便的互连方式，可连接各种不同的外围设备：从比较简单的产品如无线鼠标和键盘，到便携式CD/RW播放机、无线局域网接入点、电缆和DSL调制解调器以及复杂的数字式电子消费产品，如数字相机和摄像机等。从消费者的角度看，这些工业标准接口的主要优点在于有PC内部的强大软件栈提供支持，可以即插即用，而且添加新功能不需要开机。

这两种接口在其标准委员会和协会的推动下不断完善(USB 1.1转变为USB 2.0，IEEE1394a也扩展为IEEE1394b)，增加了新的功能且有所改进，加强了其易用性。两种接口在过去几年中经历了明显的改进，可支持更高的数据速率和新型应用，如具有USB-OTG(On-the-Go)功能的手机，并支持更多的电缆连接介质。这两种接口的主要特点见表1。

表1：USB和IEEE1394

除了传统的数据传输能力以外，这两种接口还具有提供直流电源的能力，使外围设备可由主机系统供电。其技术标准对负载要求有严格的规定，并限定外围设备须遵守的功率预算。如果产品设计人员遵守这些规定，就可以省去外部AC/DC砖型适配器，从而节约成本，减少电缆和接头数量，为用户提供更易携带的外围设备。此外，如果是便携式可充电产品，如PDA、MP3播放器或手机，串行接口可以用作一个辅助充电器，这是一个颇具吸引力的功能。这些优点不是毫无代价的，因为设计师需要密切检查其电源分配架构，并了解最坏情况下的负载要求，以符合预算。

由于USB是最常用的串行接口，我们用它作为例子来解释电源管理所需考虑的一些关键问题。USB 2.0 是目前通用的标准，它有三种数据速率 低速、全速(后向兼容 USB 1.1)和高速(480 Mbps，用于支持新型多媒体和大数据块的更快数据传输)。不是所有USB 2.0 端口都一定是"高速"的，除非已经标明。两个级别的USB接口供电能力相同。USB架构包括一个主机/根Hub，其下游是各个设备以及以点对点连接到总线的其他Hub。这些设备也有以树状扩展的下游端口，如图1所示。Hub向下游设备提供电源，而且可以用USB 电缆内部的VBUS线路进行"总线供电"，或用外部电源"自供电"。

USB领域的功率以"单位负载"进行度量，单位是100mA。一个"低功率"设备可以仅使用一个"负载"，而一个"高功率"设备可能消耗多达5个"负载"。在这里使用"可能"一词，是因为Hub容量也需要加以考虑。Hub和能够提供一个单位负载的"低功率端口"具有相同的规格，而"高功率"端口必须提供至少5个负载。所以，如果设计师可以使Hub的外围设备保持在"低功率"范围以内，则Hub便可以真正实现通用连接性，否则用户会受到一些限制。实际上，大多数PC有一些高功率端口，但这对用户是一个额外的限制。

在为外围设备的设定总功率预算时，应当了解最坏的情况。高功率Hub端口必须提供 4.75-5.25V之间的电压，而低功率Hub端口必须提供4.4-5.25V之间的电压。现在考虑最坏情况下连接器和电缆的总线压降，在高功率情况下最小为4.5V，在低功率情况下为4.35V，这导致对低功率外围设备的最高功率为435mW，高功率外围设备的最高功率为2.25W。还需考虑一些其它限制。目前的个人电脑和手提电脑有各种已成为USB标准的节电模式。影响电源设计的一个主要模式是，当外围设备通过命令进入"挂起模式"时，进入外围设备的电流应小于500 A。对于具有远程唤醒功能的高功率器件(如调制解调器)是一个特例，其电流限制可增加到2.5mA。所以静态电流和最大电流的限制会出现两种不同的边界条件，需在设计阶段进行分析。

USB等接口的一个优点在于可使外围设备随时热插入总线。一旦这种情况发生，操作系统(OS)将经过一个称为"枚举"的过程，在这个过程中OS检测外围设备，然后进行识别和配置过程。在硬件方面，这对设计师提出了两个要求：首先，无论外围设备是高功率或低功率，在进行配置之前应该能够从总线上接受超过1 个单位负载 (100mA)，而且启动电流必须限制为小于一个单位负载。此外，对于高功率外围设备，当其瞬变超出配置时，它们必须继续限制突入电流，使VBUS下降不超过330mV。这是规范要求外围设备对VBUS形成的有效负载必须在1到10 F范围内的原因之一。最后，由于用户可能将一个高功率外围设备连接至一个低功率上游集线器，该高功率外围设备必将在低至4.35V的电压下工作，这时它应能够响应枚举过程，从而使操作系统了解故障情况。总而言之，总线供电外围设备所要求的关键规格如下：

·低功率设计Vin为4.35V时的最大功率为435mW
·高功率设计Vin为4.5V时的最大功率为2.25W
·最大工作电压Vin为5.25V
·浪涌电流峰值为100mA
·有效总线负载不超过10 F
·挂起模式电流< 500 A

现在已经明确了系统要求，电源管理器件的选择是在这些原则的指导进行的。在下面的分析中，同时也将分析一个低功率方案。

图2所示为一个典型的低功率外围设备 蓝牙无线调制解调器。因为对于此模块的总预算是最坏情况下100mA，第一步是了解所选芯片组的负载和静态电流需求，以及需要加入的额外功能，比如一个表示USB正确连接到外围设备的LED指示器，具有电压监视功能，以确保外围设备在VBUS电压稳定前不会上电。低静态电流CMOS LDO，如安森美半导体的NCP512，就是一个理想的解决方案。因为它的静态电流低，仅为 40 A，输入电容小，仅为1 F，PSRR为50dB，而且是SC-70微型封装。另一方面，如果低于峰值负载的来自芯片组的电流(如数据发送时)在电流预算内不安全，可能需要用高效率低静态电流的降压变换器(效率高于90%)替代1.8V LDO。如果考虑低VBUS条件下控制器的峰值电流为35mA，LDO耗散大约90mW的功率，这大于总功率预算的20%。现在换用一个低电压DC-DC脉冲/PWM降压变换器，比如为低静态电流工作而优化的NCP1510。在35mA的负载下，这个变换器的典型效率为85%，即变换器功率耗散为11mW，仅相当于总功率预算的 2.5%。NCP1510的其他优点是，输入电容小于10 F，低于USB规范。它拥有软启动电路，可避免在启动时加载VBUS，且其在低负载下的典型静态电流为15 A，易于为<500 A的挂起模式电流提供支持。NCP1510的额定切换频率为1MHz，从而可以使用6.8 H范围内的小型低尺寸电感。图4所示为NCP552 LDO和NCP1510降压稳压器和相关外部元件的框图。

图1：基于的USB架构
图2：蓝牙无线调制解调器
图4(a)：NCP1510uBump低lq降压稳压器
图4(b)：NCP151080mA CMOS LDO

如此例所示，必须谨慎的对不同电源管理方案方案进行比较。对于高功率器件(如DSL调制解调器)的分析更复杂，因为可能要求3到5个电压：1.8和3.3V用于DSP/微控制器，3.3和5V用于模拟前端，高达12V的电压用于输出线路驱动器。幸运的是，大多数电压可以用简单的升压或降压变换器实现。唯一的问题可能是5V的要求，这取决于 +5V模拟集成电路所允许的电压公差，可能需要采用一个极低压降的稳压器或升压/降压变换器，而VBUS规范的范围是4.75-5.25V。

随着标准串行接口在个人电脑和个人娱乐设备中被广泛接受，存储、音频附件、通信设备(如无线局域网)以及数字图像应用等外围设备的数量和类型日益增长。对于USB接口，只要外围设备功率在高功率2.25W 的预算内，就可以通过采用有效的电源管理技术，使设备直接从总线供电。对于 IEEE1394串行接口，功率预算可以高达12W+，能支持更为复杂的存储和音频/视频外围设备。这两个接口的行业协会已经制定了详细的规范和培训资料，使更多设计师开发出符合标准的产品。