嵌入式NVM提高電源管理的靈活性

熱門電子市場都有一個共同特點(diǎn)(例如RF、顯示驅(qū)動、安全媒體和電源管理)：它們都在極短的市場窗口內(nèi)運(yùn)作，并競相推出各種增值的差異化產(chǎn)品來點(diǎn)燃實(shí)際的增長。但是，它們也共享其它重要的屬性：具有許多應(yīng)用、更具有成本效益或通過集成小計數(shù)位(small bit-count)多次編程非易失性存儲器(NVM)而提高了性能。此外，嵌入式NVM對提高可制造性、縮短上市時間及提高產(chǎn)品質(zhì)量有所貢獻(xiàn)。很顯然，嵌入式NVM是這些競爭異常激烈的市場的主要競賽贏家。電源管理也不例外，但是，正如我們所看到的，普通的NVM卻做不到。

轉(zhuǎn)向更為邏輯的NVM

盡管當(dāng)今的設(shè)計工程師可以選擇多種NVM，但是，具有低成本、高性能和應(yīng)用靈活性的嵌入式NVM卻很少。對于某些應(yīng)用目標(biāo)，排除了許多選擇的可能性。例如，盡管傳統(tǒng)的激光熔絲可能適合于單一數(shù)字位，但是它們由工廠一次性編程，不能重復(fù)精確模擬修整，不能現(xiàn)場升級，也不具備可靠性。多次熔絲的缺點(diǎn)很多，相關(guān)文獻(xiàn)的介紹很詳盡。

閃存是較好的選擇，但是，成本不低，其需要增加的工藝使制造這種NVM架構(gòu)的成本高達(dá)每晶圓幾百美元。另一方面，EEPROM的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的時間，正因為如此，它比較便宜；但是它并不是你的選擇，當(dāng)你考慮選擇它的時候，發(fā)現(xiàn)它卻受制于較老的工藝技術(shù)，性能也受制到無法接受的低水平。至于較新的嵌入式EEPROM的品種，與閃存類似，需要額外的掩模層和工藝步驟，因此，老一代技術(shù)的成本優(yōu)勢蕩然無存。

在重要的熱門市場中的許多玩家已經(jīng)轉(zhuǎn)向采用以Logic CMOS工藝技術(shù)設(shè)計的NVM方案。Logic CMOS工藝技術(shù)不僅僅與電源管理之類的熱門市場應(yīng)用的CMOS工藝目標(biāo)直接兼容，而且具有強(qiáng)大的高性能和低成本組合，使之完美地適用于嵌入式NVM。

電源管理選項和折衷

采用先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，能夠進(jìn)行極高水平的集成并實(shí)現(xiàn)低電壓工作，但是，為這些芯片提供電源管理卻面臨特殊的挑戰(zhàn)。對于高性能微處理器，電流需求呈指數(shù)增長，其發(fā)展甚至受到越來越快的時鐘速率的驅(qū)動。隨著處理器電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100A，在芯片級和系統(tǒng)級設(shè)計中，對精確、低噪聲電源及電源控制靈活性的需求已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

對于電源管理IC設(shè)計工程師來說，盡管成本已經(jīng)成為主要關(guān)注，可是終究要找到一個綜合考慮了設(shè)計架構(gòu)、裸片大小和工藝技術(shù)的聚合點(diǎn)，以設(shè)計出具有小計數(shù)位的NVM(典型值是512字節(jié))。在電源管理IC的情形下，較老的工藝技術(shù)(例如0.35um)肯定成本最低，但是，它們的性能也相當(dāng)?shù)?，并且缺乏領(lǐng)先的庫和知識產(chǎn)權(quán)(IP)的可用性，從而不能獲得競爭差異的優(yōu)勢。同樣，它們不能滿足侵略性和創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)。

一方面，領(lǐng)先的工藝技術(shù)(從90nm到60nm)在非常特殊的應(yīng)用中占有地位，這些工藝非常昂貴，更不要說針對這些工藝的長期設(shè)計計劃將需要同時冒風(fēng)險對重要的單元庫元件進(jìn)行質(zhì)量認(rèn)證(將需要冒著風(fēng)險采用許多未經(jīng)質(zhì)量認(rèn)證的重要單元庫元件)。因為最終的成本和對市場交貨時間的潛在沖擊，對于大多數(shù)應(yīng)用產(chǎn)品來說，此刻最好仔細(xì)地進(jìn)行設(shè)計。

另一方面，0.25um邏輯CMOS工藝(向下有0.18um和0.13um)容易滿足電源管理IC設(shè)計對成本、性能及庫可用性的目標(biāo)要求，這些技術(shù)既先進(jìn)且穩(wěn)定。此外，其普及程度高，具有競爭成本優(yōu)勢；同等重要的是可以利用經(jīng)過驗證的、符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(或即將被質(zhì)量認(rèn)證)的先進(jìn)NVM模塊。

關(guān)于方程式的設(shè)計架構(gòu)側(cè)，在對參考電壓和電流、放大器偏置及其它模擬參數(shù)的調(diào)校中，NVM已經(jīng)成為具有如此吸引力的單元，以至于其應(yīng)用已經(jīng)事實(shí)上被新興的PMBus(電源管理總線)標(biāo)準(zhǔn)所統(tǒng)治。利用這種新型的數(shù)字電源管理通信協(xié)議，PMBus指令被用于設(shè)置電源的工作參數(shù)(通過編程N(yùn)VM)、監(jiān)視工作過程并也在響應(yīng)錯誤中執(zhí)行正確的操作。在這種情形下，小計數(shù)位NVM應(yīng)該顯而易見，以平均偶然的觀測結(jié)果。缺省的通道電壓、上拉及下拉電阻的方向和類型、各種GPIO的特性、電壓斜波次數(shù)、打開及關(guān)閉序列等等這些可配置的數(shù)值，都有效和方便地儲存在嵌入式NVM之中。

在精確校準(zhǔn)數(shù)字電壓調(diào)整和轉(zhuǎn)換電路的需求驅(qū)動下，必要的數(shù)值在生產(chǎn)過程中被最佳地寫入片上的一小段NVM之中。在這一點(diǎn)不僅僅要對整個存儲器編程和測試，還要同時驗證NVM中儲存的特殊配置設(shè)置，從而極大地增強(qiáng)了電源管理模塊的最終測試良率。最后，當(dāng)產(chǎn)品被升級或在現(xiàn)場被重新配置的時候，固件修補(bǔ)也會受到NVM內(nèi)容的極大支持。

本文小結(jié)

從前后模擬整修到升級現(xiàn)場產(chǎn)品，多次可編程N(yùn)VM提供了重要的功能，不僅僅是創(chuàng)新工具，而且是實(shí)用器件。在電源管理之類的熱門市場應(yīng)用中，意味著制造商能夠在開發(fā)周期期間多次重新對器件編程，從而能夠靈活地快速響應(yīng)瞬息萬變的市場需求，更不要說在現(xiàn)場簡化制造業(yè)務(wù)、提高性能并更正問題的好處了。

利用針對若干應(yīng)用而優(yōu)化的架構(gòu)，并采用從16位到256位(具有無數(shù)的功能選項)的配置，Impinj公司的嵌入式AEON NVM方案在電源管理應(yīng)用中適合于降低成本、提高性能、增加功能、加強(qiáng)安全性、提高可靠性并縮短市場時間。通過利用先進(jìn)的通用CMOS工藝技術(shù)，AEON NVM不需要額外的掩模層或處理步驟(與閃存或EEPROM不同)；且與OTP/多狀態(tài)熔絲(poly fuse)方案不同，它可以多次編程。

Impinj公司采用邏輯CMOS工藝的AEON多次可編程N(yùn)VM是Primarion公司DiPOL PX7510電源管理控制器SoC設(shè)計的關(guān)鍵元件。

來自Impinj公司的集成AEON NVM特別適合于Primarion公司的電源管理應(yīng)用，其中僅僅需要很少的存儲器。

集成NVM可以極大地降低整個外部閃存的成本和電路板的面積。

Impinj公司的AEON NVM采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝實(shí)現(xiàn)，不需要額外的處理步驟。

PMBus建立電源管理標(biāo)準(zhǔn)

盡管PMBus的歷史相對短暫，但是其倡議已經(jīng)獲得了壓倒多數(shù)的支持。僅僅在一年前的2005年3月，官方的1.0版本協(xié)議規(guī)范就由系統(tǒng)管理接口論壇公司發(fā)布。在寫作本文的時候，接受PMBus的公司已經(jīng)由8家增加到現(xiàn)在的24家，且包括許多著名的半導(dǎo)體公司和電源管理公司，其中幾家已經(jīng)向市場推出符合PMBus的產(chǎn)品。

PMBus定義了與電源轉(zhuǎn)換器或IC進(jìn)行數(shù)字通信的通用語言或協(xié)議。盡管PMBus規(guī)范并未針對特殊的產(chǎn)品，人們普遍公認(rèn)大多數(shù)成功產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)都要采用某種NVM。其驅(qū)動力在于：OEM需要可以任意重編程的、靈活的交鑰匙方案，而不需要做硬件改變或PCB重新設(shè)計。片上NVM還容許將通用電源管理IC或轉(zhuǎn)換器編程為具有若干獨(dú)特的特性，從而極大地減少各種SKU的數(shù)量，并簡化OEM或子合同制造商的庫存管理。