電源管理晶片
意法推高整合低功耗PMIC節省電路板空間
意法半導體(ST)推出STPMIC1電源管理晶片(Power-Management IC, PMIC),其整合四個DC/DC降壓轉換器、一個DC/DC升壓轉換器和六個低壓降穩壓器(Low-Dropout Regulator, LDO),可滿足應用處理器之高整合系統的複雜功率需求。
Octavo Systems策略副總裁Greg Sheridan表示,STPMIC1是OSD32MP1x系列系統級封裝元件的理想電源管理解决方案,只有一個輸入和14個輸出軌(包括5V升壓電壓),可滿足STM32MP1微處理器的全部電源需求,同時還有多個輸出可以爲系統的其餘元件供電。該公司SiP能夠採用18mm×18mm的小尺寸封裝,並彈性地為各種應用供電。
該晶片是意法半導體STM32MP1異構多核微處理器的最佳配套PMIC。STM32MP1整合了單核心和或雙核心Arm Cortex-A7處理器和Cortex-M4內核心、可選3D圖形處理單元,以及豐富的數位和類比外部周邊,適用於各種應用領域。
相較使用離散元件設計相同數量的電源軌,STPMIC1不僅能節省電路板空間和物料清單成本,而且還能提供電源軌監控和保護功能,處理上電/掉電順序,並滿足ST32MP1的電壓精度和建立時間要求。
意法半導體授權合作夥伴Octavo Systems利用STM32MP1和STPMIC1開發出了OSD32MP1x系列微處理器系統級封裝(SiP)元件。相較採用離散元件之等效系統,該解决方案佔板面積减少高達64%,同時還解决了上電掉電順序等電源設計難題。
除爲微處理器單元(Microprocessor Unit, MPU)和外部系統元件供電之外,STPMIC1還提供一個DDR內存參考電壓電源、一個500mA USB OTG功率開關和一個通用功率開關。MPU可以透過I²C介面和其它腳位管理PMIC。
電源管理IC的四個降壓轉換器旨在確保電源瞬態響應快速,輸出電壓控制精準,以應對各種運作條件。在低負載時,脉衝頻率調變模式可提升電源效能;在正常運作時,脈衝寬度調變(Pulse-Width Modulation, PWM)同步可最大程度地降低電磁干擾(Electro-Magnetic Interference, EMI)。
升壓轉換器具有旁路模式功能,最多可以爲兩個USB連接埠供電,在使用電池或低成本5V AC/DC變壓器時,確保電壓調整平順。
在六個LDO穩壓電源通道中,有一個通道提供DDR3內存介面的終端電阻供電,其旁路模式還可為低功耗DDR供電。另一個通道則提供了自動電源檢測功能,可以爲USB PHY晶片供電,其餘四個LDO則是通用穩壓電源。
爲簡化STPMIC1原型開發,意法半導體還推出STPMIC1的評估板STEVAL-PMIC1K1,簡單易上手,可用於啟動電源管理IC功能的按鈕和數位I/O,以及連接穩壓器和功率開關的排針。評估板還包括一個USB加密盤,用於配置晶片的寄存器。
滿足短小精悍需求 PMIC朝高整合/高效/高靈活發展
消費電子產品紛紛採用更高效能的應用處理器和SoC,不僅運算能力越來越高且體積也越來越小,而消費者也希望電子產品能具備更長的工作時間;為此,電源管理晶片(Power Management IC, PMIC)設計開始朝向高整合、高效率以及高靈活度發展。
Maxim資深市場經理Roger Yeung表示,越來越多消費電子產品採用高效能處理器來滿足虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、電競、深度/機器學習等應用需求,對提升電源效率和減小外形尺寸的需求也日益增高。因此,PMIC在設計上,不僅具備高整合、高效率及高靈活特性,還要穩定性高(Robustness)、低功耗、易於設計,以及低成本。
Yeung進一步解釋,現今市面上的電子產品體積越來越小,因此,PMIC在設計上的首要考量,便是如何實現高整合性,以縮小整體尺寸,降低消費性電子設備的電路板空間和元件成本。同時消費者又希望電子產品使用壽命能越久越好,也因此,如何達到高效但又低功耗、Low iq以維持Always on的狀態,是PMIC第二個設計關鍵。
而對於電子產品製造商來說,除了要打造高效、小體積、壽命長的產品滿足消費者需求之外,如何降低整體開發成本並加快上市時程,也是產品設計時的關鍵。因此,PMIC不僅要有高整合度、高效率,同時還須具備高靈活度的特點。
Yeung指出,一般要實現高整合度,代表整個IC會有許多組的Channel,而要控制每一組Channel的時序,基本做法都會加掛一顆微控制器(MCU),但這樣也使設計和操作更複雜;也因此,該公司便使用供電順序管理器(FPS)代替MCU,進行時序控制;如此一來,除了降低操作複雜度之外,且由於控制主要是由FPS負責,不太須要再加掛MCU,也因而降低設計難度,加快Time to Market的時間。
Yeung說明,總而言之,電子產品持續朝高運算、小體積、低功耗發展,PMIC也因此須具備更高的整合度、更高效能和高靈活性,而PMIC供應商也致力發展新一代解決方案,像是Maxim近期便推出新一代高效能PMIC「MAX77714」和「MAX77752」,可用於AR/VR、電競、無人機、機器學習等領域,滿足市場需求。