上述電子設備由負責整體控制的CPU(Central Processing Unit)、用來獲取所需資訊的感測器，以及進行資訊通訊的無線裝置等組成(圖1)；並透過適當處理這些資訊來實現各種功能。電源IC的作用是使電池穩定供給這些零件工作所需的電源電壓。而且，電子設備即使進入待機狀態，也需要對外部訊號立即產生回應，因此監測外部訊號的功能會繼續工作。這就需要電源IC能始終保持在工作狀態，以確保該功能的電源供給無誤。因此，降低電源IC自身的消耗電流是實現電池長時間運作上所不可或缺的因素。
近年，如何實現可持續發展的社會，已經成為全人類的共同目標。實際上「讓鈕扣電池持續運作10年」也已經成為物聯網和穿戴裝置領域中的常見關鍵字。
眾半導體廠商無不針對這樣的社會需求與期待努力，並利用多年來累積的技術開發經驗，致力於研發滿足市場需求的電源IC。半導體大廠便研發出搭載超低消耗電流技術Nano Energy的電源IC。這使得以鈕扣電池驅動的電子裝置可以實現持續運作10年。
搭載了Nano Energy全新技術的產品之一就是「BD70522GUL」。該產品在支援以電池驅動的開關穩壓器中，實現了世界最低消耗電流180nA(圖2)。本文就針對「BD70522GUL」所搭載的Nano Energy技術做進一步介紹。
一顆鈕扣電池滿足10年電力需求
鈕扣電池中最有名的產品就是CR2032。這種電池的標準容量為220mAh，是各公司的通用規格。為了要讓這款鈕扣電池使電子設備連續運作10年，須要估算所需的電源IC工作時的消耗電流。雖然說電池容量是220mAh，電源IC也不可能消耗掉所有的電量。在此就多估算一些，假設電源IC可消耗100mAh來加以計算。
ICC(消耗電流)＝100mAh(電池容量)÷87,600h(10年)≒1μA(圖3)。
這個1μA的值就是電源IC工作時額定流過的平均消耗電流上限。也就是說，電源IC的消耗電流為nA級是必要條件。這樣就毋須增加電池的容量而是透過減少電源IC的消耗電流，來延長電子設備的連續運作時間。而「BD70522GUL」可將消耗電流降低到180nA，大幅延長了電池續航時間。
降低消耗電流挑戰多
降低電源IC消耗電流最簡易的方法是增加內部電阻的電阻值。但是，單純地增加電阻的話，以下各種問題都會突顯出來：
．電路面積增加
「電路面積增加」是指因電阻值的增加所帶來的電阻面積增加。
．對元件漏電流的影響增加
「對元件漏電流的影響增加」是指組成電源IC的零件中MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)電晶體相關的問題。該電晶體即使在OFF狀態下也會流過一定的漏電流。該漏電流產生於內部電路或輸出段。例如，以流入回饋電阻的漏電流為例(圖4)，如果是之前的電阻值，則相對於輸出電壓產生的穩態電流(=輸出電壓÷回饋電阻)漏電流十分小，因此可以忽略；但電阻增大後，穩態電流會變小，將無法再忽略漏電流的影響。
．電阻增加會提高對雜訊的敏感度
「電阻增加會提高對雜訊的敏感度」是指為簡單起見，假設電阻(R)連接的是π型濾波器。當其一端被外加電壓、另一端進來雜訊時，含雜訊端子的電壓到穩定為原電壓之間的時間常數由π型濾波器的RC決定。該電阻增加會使時間常數變大，從而使到達穩定狀態的時間變長。
．類比電路的反應速度惡化
「類比電路的反應速度」是由諸多因素決定的，在此透過對電容的充電為例來考慮。充電到一定工作電壓的時間即反應速度，該反應速度與充電用的電流成正比，因此如果消耗電流減少，反應速度會變差(圖5)。
三大類比電源技術打造Nano Energy解難題
針對前述的各種課題，透過垂直整合生產體制，融合電路設計、電路布局、製程三大先進類比電源技術，打造出Nano Energy技術。本文以BD70522GUL中所搭載的Nano Energy技術的電路設計技術為例，來介紹以下兩個主要技術及其效果。
BD70522GUL是降壓型開關穩壓器。對於開關穩壓器來說，當作為負載的輸出電流低於一定的值時，透過開關為間歇工作模式，可以在保持輸出電壓的同時減少電流消耗。在需要Nano Energy技術的眾多應用之中，預計保持間歇工作狀態的時間都比較長。為此，在該降壓型開關穩壓器的研發中，深入分析後基於分析結果減少了這種間歇工作時的電流。
首先，根據分析結果，將間歇工作時消耗電流的主要原因提煉為基準電壓單元和控制監測單元兩處(如圖6所示)。然後，對於這兩個單元採用最佳的消耗電流削減方法，使這兩單元的消耗電流降至傳統的1/100左右。其結果是，在電源IC最重要的效率特性中，在後段待機狀態負載電流10μA的條件下，實現了效率90%以上的特性(如圖7所示)。另外，在直至最大負載電流500mA的更寬範圍內均可保持該特性。
如前所述，減少控制監測部的消耗電流會導致反應速度惡化。而且，還有一個由控制監測部決定的重要電路特性；那就是穩定的輸出電壓。
以傳統的控制監測部的電路結構，通常並不可能同時改善低消耗電流、高速反應、高精度這三大特性。但是，若是利用BD70522GUL中搭載的Nano Energy技術，便能透過全面改善電路結構，進而成功地使傳統無法同時實現的三大特性得以同時改善。並且，也實現了更小的無負載時消耗電流、負載波動時的高速反應性(Load Response)以及整個負載範圍內穩定的輸出電壓(Load Regulation)(如圖8、9所示)。
