高集成度PMIC簡化設計：智能手機的電源管理方案

近年來，手機等便攜設備市場持續快速發展。據預計，手機出貨量將從2011年的14億部增長至2014年的18億部;其中又以智能手機市場耀眼，受大量低成本Android手機上市推動，同期智能手機出貨量將從4億部增長至6.8億部，而且智能手機的半導體元件含量遠高于功能型或入門型手機。與此同時，領先制造商更加重視用戶使用體驗，其舉措之一是在產品設計中選擇能夠更好配合智能手機等便攜設備應用要求及技術趨勢的產品及方案。

安森美半導體身為全球高能效電子產品的首要硅方案供應商，針對便攜應用提供豐富的解決方案。本文將重點探討安森美半導體的高性能、高能效方案如何配合智能手機等便攜應用的要求及技術趨勢，幫助設計工程師選擇適合的元器件方案。

高集成度PMIC簡化設計，加快產品上市進程

眾所周知，便攜設備集成的功能越來越多，從拍照到音視頻播放、游戲乃至位置服務等，不一而足。而隨著3G乃至4G網絡基礎設施的就緒，用戶越來越習慣于透過智能手機等便攜設備來以無線方式訪問豐富的數據及多媒體內容，需要便攜設備嵌入更多更強大的射頻(RF)模塊。相應的代價是功率消耗越來越高，而電池容量及技術方面的進展仍然緩慢，便攜設備設計人員必須適應這種結合許多功能的高集成度趨勢，提供足夠長的電池使用時間，同時配合消費者對纖薄外形的需求。

為了應對這些挑戰，便攜設備設計人員的一項可行策略就是在選擇集成多種功能的主芯片組，同時選用高集成度的電源管理集成電路(PMIC)，幫助簡化設計，使控制電源所需的資源減至最少，并將外形因數保持在可控范圍之內。

圖1：安森美半導體提供的mini-PMIC功能示意圖。

安森美半導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DC-DC開關轉換器或低壓降(LDO)線性轉換器，同時還可能集成其它多種控制或保護功能等，如總線控制、排序器、功率良好(PG)監控、啟用(Enable)、帶隙參考、振蕩器、欠壓鎖定及熱關閉等保護功能或動態電壓調節(DVS)等。安森美半導體的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)，同時集成了內核、上電排序器、熱保護及時鐘等多種功能(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控制提供設計靈活性，適用于要求多種穩壓輸出、使用數字信號處理器(DSP)和/或微處理器的電池供電便攜設備。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;還支持高達3 MHz的DC-DC工作頻率，可以減小輸出電感及電容的尺寸;靜態電流消耗低至64μA，幫助延長電池使用時間;還支持動態電壓調節(DVS)，提升系統能效。

圖2：安森美半導體的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，安森美半導體的這系列mini-PMIC可以提供定制的上電排序功能，以適應不同平臺應用需求。這系列IC中集成的LDO可以采用DC-DC輸出供電，進一步提升能效。其它優勢包括以I2C控制提供設計靈活性、支持低至2.3 V的電壓以配合新電池技術、提供間距低至0.4 mm的QFN及CSP封裝等。安森美半導體還提供豐富的知識產權(IP)庫及模塊化途徑，幫助客戶應對高集成度趨勢，以及加快產品上市進程。

降壓或升壓DC-DC開關穩壓器配合應用處理器供電或HDMI端口供電

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

例如，對于便攜產品而言，為了給高耗電的應用處理器供電，設計人員可能需要使用DC-DC開關穩壓器。安森美半導體推出了集成度相對較低的系列DC-DC開關降壓轉換器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。以NCP6334B/C為例，這是一款2 A、3 MHz DC-DC降壓轉換器，集成了功率良好(PG)及工作模式選擇(PWM模式或PFM/PWM自動模式)功能，是一款節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降壓轉換器模塊，高達6 MHz的開關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用。