高集成度PMIC簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：智能手機(jī)的電源管理方案

近年來(lái)，手機(jī)等便攜設(shè)備市場(chǎng)持續(xù)快速發(fā)展。據(jù)預(yù)計(jì)，手機(jī)出貨量將從2011年的14億部增長(zhǎng)至2014年的18億部;其中又以智能手機(jī)市場(chǎng)耀眼，受大量低成本Android手機(jī)上市推動(dòng)，同期智能手機(jī)出貨量將從4億部增長(zhǎng)至6.8億部，而且智能手機(jī)的半導(dǎo)體元件含量遠(yuǎn)高于功能型或入門型手機(jī)。與此同時(shí)，領(lǐng)先制造商更加重視用戶使用體驗(yàn)，其舉措之一是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中選擇能夠更好配合智能手機(jī)等便攜設(shè)備應(yīng)用要求及技術(shù)趨勢(shì)的產(chǎn)品及方案。

安森美半導(dǎo)體身為全球高能效電子產(chǎn)品的首要硅方案供應(yīng)商，針對(duì)便攜應(yīng)用提供豐富的解決方案。本文將重點(diǎn)探討安森美半導(dǎo)體的高性能、高能效方案如何配合智能手機(jī)等便攜應(yīng)用的要求及技術(shù)趨勢(shì)，幫助設(shè)計(jì)工程師選擇適合的元器件方案。

高集成度PMIC簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程

眾所周知，便攜設(shè)備集成的功能越來(lái)越多，從拍照到音視頻播放、游戲乃至位置服務(wù)等，不一而足。而隨著3G乃至4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的就緒，用戶越來(lái)越習(xí)慣于透過智能手機(jī)等便攜設(shè)備來(lái)以無(wú)線方式訪問豐富的數(shù)據(jù)及多媒體內(nèi)容，需要便攜設(shè)備嵌入更多更強(qiáng)大的射頻(RF)模塊。相應(yīng)的代價(jià)是功率消耗越來(lái)越高，而電池容量及技術(shù)方面的進(jìn)展仍然緩慢，便攜設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須適應(yīng)這種結(jié)合許多功能的高集成度趨勢(shì)，提供足夠長(zhǎng)的電池使用時(shí)間，同時(shí)配合消費(fèi)者對(duì)纖薄外形的需求。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，便攜設(shè)備設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)可行策略就是在選擇集成多種功能的主芯片組，同時(shí)選用高集成度的電源管理集成電路(PMIC)，幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使控制電源所需的資源減至最少，并將外形因數(shù)保持在可控范圍之內(nèi)。

圖1：安森美半導(dǎo)體提供的mini-PMIC功能示意圖。

安森美半導(dǎo)體提供一系列的微型電源管理IC(mini-PMIC)，其功能示意圖參見圖1.這些微型電源管理IC集成多個(gè)DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器或低壓降(LDO)線性轉(zhuǎn)換器，同時(shí)還可能集成其它多種控制或保護(hù)功能等，如總線控制、排序器、功率良好(PG)監(jiān)控、啟用(Enable)、帶隙參考、振蕩器、欠壓鎖定及熱關(guān)閉等保護(hù)功能或動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)等。安森美半導(dǎo)體的mini-PMIC目前包括NCP6922、NCP6914、NCP6924及NCP69xy等(功率及功能遞增)。以NCP6922為例，這款mini-PMIC提供4路從0.6 V到3.3 V輸出的電壓軌(2路DC-DC加2路LDO)，同時(shí)集成了內(nèi)核、上電排序器、熱保護(hù)及時(shí)鐘等多種功能(詳見圖2)，采用2.05 mm x 2.05 mm CSP封裝，不僅減小方案尺寸，還藉I2C控制提供設(shè)計(jì)靈活性，適用于要求多種穩(wěn)壓輸出、使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和/或微處理器的電池供電便攜設(shè)備。這器件支持2.3 V至5.5 V輸入電壓范圍，配合最新電池技術(shù);還支持高達(dá)3 MHz的DC-DC工作頻率，可以減小輸出電感及電容的尺寸;靜態(tài)電流消耗低至64μA，幫助延長(zhǎng)電池使用時(shí)間;還支持動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)，提升系統(tǒng)能效。

圖2：安森美半導(dǎo)體的NCP6922 mini-PMIC集成2路DC-DC、2路LDO及其它多種功能。

值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的這系列mini-PMIC可以提供定制的上電排序功能，以適應(yīng)不同平臺(tái)應(yīng)用需求。這系列IC中集成的LDO可以采用DC-DC輸出供電，進(jìn)一步提升能效。其它優(yōu)勢(shì)包括以I2C控制提供設(shè)計(jì)靈活性、支持低至2.3 V的電壓以配合新電池技術(shù)、提供間距低至0.4 mm的QFN及CSP封裝等。安森美半導(dǎo)體還提供豐富的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)庫(kù)及模塊化途徑，幫助客戶應(yīng)對(duì)高集成度趨勢(shì)，以及加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。

降壓或升壓DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器配合應(yīng)用處理器供電或HDMI端口供電

雖然高集成度PMIC的應(yīng)用日益增多，但在便攜產(chǎn)品中，不是所有電源域都需要使用高集成度PMIC.而隨著便攜產(chǎn)品功能不斷增多，集成度相對(duì)較低的電源轉(zhuǎn)換IC的需求也增加了，以此配合增加新功能。

例如，對(duì)于便攜產(chǎn)品而言，為了給高耗電的應(yīng)用處理器供電，設(shè)計(jì)人員可能需要使用DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器。安森美半導(dǎo)體推出了集成度相對(duì)較低的系列DC-DC開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器IC，如NCP6334B/C、NCP6338、NCP636x模塊等。這些IC都接受2.3 V至5.5 V輸入電壓，配合最新電池技術(shù)。以NCP6334B/C為例，這是一款2 A、3 MHz DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，集成了功率良好(PG)及工作模式選擇(PWM模式或PFM/PWM自動(dòng)模式)功能，是一款節(jié)省成本及空間的方案，非常適合于為要求以低電壓提供大功率的新型微處理器供電。NCP6338功能與NCP6334類似，但可提供高達(dá)6 A輸出電流，配合最新處理器需求。NCP636x模塊則是0.8 A、6 MHz DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器模塊，高達(dá)6 MHz的開關(guān)頻率便于采用更小尺寸的外部元器件，使總方案尺寸小于5 mm2(最大高度1 mm)，尤其適合容限極有限的便攜應(yīng)用。