现代设计,需要怎样的PMIC?

分享到:

现今的电源管理 IC 将多轨降压、升压和 LDO 稳压功能与每个电轨的参数,以及与其他电轨间交互的复杂可配置能力整合在一起。
 
经验丰富的电路设计人员都清楚,稳定、准确、高效的直流 (DC) 供电轨是实现系统可靠、一致运行的必要条件。通常由 DC/DC 开关稳压器(转换器)和低压降稳压器 (LDO) 组合提供各种电压,每一个稳压器都与其所支持的电轨的特定电压、电流、精度、噪声、瞬态响应以及其他需求相匹配。
 
与此同时,设计人员还清楚,即使单独适用,一组独立的 DC 电轨也不足以满足当今设计的复杂要求。从系统角度来说,在相邻的物理位置使用 4 个、6 个或更多个 DC 电轨并不罕见。由于使用了大量电轨,单独以及按组管理这些电轨至关重要,以便确保满足定时、时序及相互关系的需求(图1)。
微信图片_20220523105914
 
 
图 1:当今的系统使用由升压、降压和 LDO 稳压器提供的多个直流电轨阵列,虽然它们有独立的输出,但操作需要配置,而且输出在一定程度上也必须根据应用的特定需求进行协调。
这时,电源管理集成电路 (PMIC) 就要发挥重要作用。顾名思义,这个组件管理着多个电轨,并编排电轨之间的交互,以满足系统的特定需求。尽管早一代的 PMIC 主要管理其他 DC/DC 稳压器,但当今的 PMIC 则与多个开关转换器和 LDO 集成在同一封装内。当然,这种集成具有许多显著的优势,包括缩小整体尺寸、减少所需无源组件以及实现各种电轨之间紧密的功能联系。此外,最新一代 PMIC 在设计方面还具有高度可配置性,以便根据其所驱动系统的优先级调整操作。
 
应用推动 PMIC 的需求
 
每个电子产品都有一个电源以及一个或多个 DC 电轨。尽管许多应用在一定程度上具有类似的优先级,但优先级的排序及其相对权重决定了这些应用的差异。就单个 DC 电轨管理以及这些电轨之间的关系、定时和操作要求而言,不存在同时满足所有情况的最优 PMIC 解决方案。
 
例如,用于传感和驱动的物联网 (IoT) 设备可能处于近乎连续的上电状态,位于远程位置,使用电池供电或者使用某种形式的能量采集设备供电。由于给定设施(办公室、工厂)的多个物联网 (IoT) 设备都位于远程位置,因此确保长期的性能一致性至关重要。相比之下,对于消费类电子产品,这主要涉及最大化运行时间和电池使用寿命,以及采用小型封装,但超小型封装可能不太易用。对于可穿戴设备,优先考虑因素包括低静态电流、高效率和超紧凑的外形。
 
因此,良好的 PMIC 首先需具备一组满足应用需求的降压、升压和 LDO 转换器。对于更高级的情况和更高性能,如果 PMIC 可以提供 DC 轨道,并允许设计人员定制 PMIC 的性能细节,以匹配应用的优先级,那么设计人员可从中受益。这些 PMIC 也面临难免要做出取舍决策的设计现实。评估和解决这些冲突是设计人员面临的固有挑战。
2
 
 
图 2:Qorvo ACT81460 是一款集成度高的低功耗多轨 PMIC,无需任何外部有源元件即可工作。
 
从基本的可配置 PMIC 开始
 
即使是基本的 PMIC 也可以提供增强系统性能和简化设计的功能和特性。例如,Qorvo ACT81460 的输入电压范围为 2.7V 至 5.8V,并且包含 1 个线性电池充电器、4 个带集成功率场效应晶体管 (FET) 的 DC/DC 转换器、3 个 LDO 和 3 个负载开关()。其中 2 个 DC/DC 转换器为降压稳压器,1 个为升压/降压稳压器,而第 4 个为高压升压稳压器(能够提供高达 20V 电压)。每个稳压器都可通过其 I2C 接口配置较宽范围的输出电压。
 
此类 PMIC 不仅可以实现高度集成,还具有可配置的电源时序组合、启动定时、输出电压设置、故障监测、中断控制、可编程 GPIO 选项等诸多特性。通过 I2C 接口,可使用固件进一步调整预先配置的出厂默认配置设置。
 
3个负载开关形成了一个有趣的附加功能。可使用其打开或关闭供电轨,为可关闭的系统负载创建一个功率孤岛。无需使用这些负载时,可最大程度地降低功耗。此外,每个负载开关都可整合到 PMIC 的启动时序中,同时支持可编程的打开和关闭延迟时间。ACT81460 还可通过 20V 输入电压阻断能力和启动时涌浪电流控制的组合,处理热插拔事件。
 
对于更高级的情况和更高性能,如果 PMIC 可以提供 DC 轨道,并允许设计人员定制 PMIC 的性能细节,以匹配应用的优先级,那么设计人员可从中受益。
 
进一步优化高级 PMIC
 
为满足当今系统更复杂的需求,PMIC 必须加大其输出范围,提升其原始 DC 性能,改进其附加功能,并提高用户定义的灵活性。此外,它们必须将这些增强与更高级别的功能集成整合在一起,以减少电源管理功能的总占用面积。
 
了解到这一挑战后,Qorvo 开发了一系列高度集成的可配置创新电源 (CiPS™) 解决方案,作为一种智能片上系统 (SoC),通过消除大多数外部元件精简设计流程和最终设计硬件。该解决方案最终提高了设计效率和灵活性,大大缩小了占用面积,降低了物料清单 (BOM) 中的成本,提高了系统性能和可靠性,并缩短了上市时间。
 
ActiveCiPS™ 系列中的每个设备都可以通过 I2C 接口或非易失性配置矩阵进行配置。
 
可根据应用进行调整的诸多参数包括:
输出电压电平。
上电/关断时序
时序开关延迟时间
GPIO 配置:软/硬复位、中断、面向外部供电轨的可配置时序/控制、LED 散热器
不断变化的 IC UVLO 和 OVLO 阈值
调整 DVS 配置设置
设置交换机 Fsw
LDO1 模式设置 — LDO/负载开关
多个睡眠模式
 
例如:ACT88329 PMIC 具有 4 个使用集成功率 FET 的 DC/DC 降压转换器(其中 1 个具有旁路功能),以及 2 个 LDO;每个稳压器都可以配置较宽范围的输出电压(图 3)。此外,还可通过 I2C 接口配置(甚至重新配置)其他功能,如启动时间、系统级时序、开关频率、睡眠模式和工作模式,且无需更改电路板。ActiveCiPS™ PMIC 用户希望通过 USB-to-I2C 电子狗和 GUI 快速建立甚至更改其设计设置,以优化其特定设计的性能,而简易可配置性是其中的一个关键因素(图 4)。
3
 
 
图 3:Qorvo ACT88329 PMIC 支持配置关键稳压器功能、时序、开关频率以及其他工作模式,以优化系统级性能。
4
 
 
图 4:设计人员可以使用各种参数配置来评估性能,然后使用 Qorvo 提供的 GUI 和连接到 ACTIVECiPS™ PMIC 的 PC 轻松地进行重新配置,以实现性能优化。
这款小巧的 36 引脚 WLCSP 封装 (2.7mm x 3 mm) 设备结合了高集成度和 I2C 可配置性,使整体解决方案的占地面积约为分立式替代解决方案的三分之一,并大大减少了 BOM(图 5)。
 
5
 
图 5:使用 ActiveCiPS™ PMIC 系列设备的另一个好处就是高度集成,占用面积远小于功能类似的分立式方案。
 
评估套件,GUI 整合一切
 
将可配置设备融入设计会引发两个相关问题。对于固定功能的设备,仅数据表即可定义操作参数和包络,但设计人员必须确定最佳设置,然后在这种情况下实现可配置设备的这些值。为简化此流程,Qorvo 为其 ActiveCiPS™ PMIC 系列提供了评估套件和编程电子狗。其中包括设置、调整和评估 PMIC 在给定应用中的性能所需的所有硬件、软件以及钩子。
 
以 ACT88329 PMIC 及其评估套件为例。这款采用 30 引脚 WLCSP 封装的 2.18mm x 2.58 mm 设备经过优化,不仅适用于固态硬盘 (SSD) 和现场可编程栅极阵列 (FPGA) 应用,还非常适合视频处理器、FPGA、可穿戴设备、外设以及微控制器(图 6)。
 
6
 
图 6:您可以借助 ActiveCiPS TM 电子狗调试您的设计,并现场更改板上的 PMIC 默认设置。
 
ACT88329 包括 3 个使用集成功率 FET 的 DC/DC 降压转换器和 2 个 LDO。Buck1 和 LDO1 可配置为负载开关。Buck1 是峰值电流模式的固定频率 DC/DC 降压转换器,并且针对接近输入电压的输出电压进行了优化。可将开关频率设置为 1.125MHz 或 2.25MHz,并且只需三个小元件即可工作。Buck2 和 Buck3 采用异步恒定导通时间控制架构,可使用较小的输出电容优化负载瞬态响应。两个 LDO 都只需要使用小型陶瓷电容。
 
7
 
配置这款灵活的多功能设备涉及检查和表征多个参数。
 
配置这款灵活的多功能设备涉及检查和表征多个参数。使用相应的 ACT88329EVK1-101 评估套件可大大简化这项任务(图 7)。使用该套件只需要几个标准的工程项目。(如果您没有电子负载,则功率水平足够低(大约几十瓦),可以使用传统的电阻负载,但电子负载更具多功能性)。以下是所需的一切:
随附的 USB-to-I2C“电子狗”
电源(满功率运行时为3.3V/4A)
示波器(100MHz,双通道)
电子或电阻负载(3A 最小电流能力)
数字万用表 (DMM)
Windows 兼容计算机,带有可用的 USB 端口
 
8
 
图 7:使用 ACT88329EVK1-101 评估套件来运用 ACT88329 PMIC 需要标准的工作台仪表以及套件随附的 USB-to-I2C 接口电子狗。
9
 
 
图 8:Qorvo 提供的基于 PC 的 GUI 配备易于使用的屏幕,比如这个用于开始配置流程的基本屏幕。
 
基本模式之后就是高级模式,设计人员可查看所有可用的用户可编程选项(图 9)。
 
10
 
图 9:GUI 的后续屏幕可用于更深入地了解可配置选项。
 
11
通过使用评估套件布局,设计人员可以设置、评估和修改这些 PMIC 的许多工作参数和模式,如电轨之间的时序(图 10)。该套件还可简化品质因数的测量,如各种条件下的效率,这对满足运行时和散热目标至关重要(图 11)。
 
12
 
图 10:通过使用评估套件和相关仪表,设计人员可以配置、评估和重新配置关键参数,如各种供电轨的相对时序。
 
13
 
图 11:评估套件还简化了重要性能指标的测量,如在不同工作条件下各种 PMIC 电轨的效率,图中所示为 ACT88329 PMIC 的 Buck1 和 Buck2。
 
如果设计人员想使用该套件作为自己实现方案的起点,EVK 用户指南还提供了完整的原理图、BOM 及其 PC 板的四层布局。
 
文章为原创,转载请注明原网址:https://rf.eefocus.com/article/id-335997
继续阅读
Qorvo 高级销售总监江雄:UWB 赋能智慧车联新体验

6 月 27 日-29 日,主题为“融合创新、绿色发展——打造中国汽车产业新生态”的“2022 中国汽车供应链大会暨首届中国新能源智能网联汽车生态大会”在湖北武汉经开区隆重举行。来自汽车产业链相关企业的专家,行业研究学者齐聚一堂,探讨打造产业链新生态,实现汽车强国建设新跨越的成功之路。

MaxLinear 与 Qorvo 合作,为大规模 MIMO 无线电解决方案提供高效功率放大器

MaxLinear Inc.和 Qorvo 6月30日宣布推出一项联合解决方案,旨在应对 32x32 和 64x64 大规模 MIMO 无线电在尺寸、重量和功耗方面的关键挑战。该解决方案支持高效功率放大器 (PA),减小了无线电的功率、重量和体积,使大规模 MIMO 无线电更加实用。此外,此解决方案在功耗和功率损耗方面为每个多元件无线电节省了数百瓦的功率。

视频 | Qorvo PAC5556EVK1 开发套件评测

电机自发明以来,一直广泛应用于工业自动化等领域,具有非常重要的应用价值。从上个世纪电机驱动靠笨重的继电器到现在电机驱动仅需要小巧的 MOS 或 IGBT,从 PLC 控制到现在大规模使用 MCU 进行控制。智能化和高度集成化已经成为了电机控制的未来发展方向。

6 月 23|一起探讨 5G 核心技术

为了推动 5G 终端落地,中国移动在 2018 年 2 月就联合全球主要终端产业合作伙伴发起成立“5G 终端先行者计划”。到 2019 年 6 月,这个先行者计划发布升级版,由“计划”变“联盟”,中国移动 5G 终端先行者产业联盟实现首次集结。联盟旨在聚焦产业资源,快速推动产业成熟,实现 5G 终端的突破。

西安现场|GaN 在 5G 基站上应用现状及前景

射频与微波技术在军工和民用领域都有广泛的应用,随着射频器件的复杂度逐渐提升,射频半导体行业取得了众多颠覆性的突破与进步,氮化镓技术、阵列天线、太赫兹技术取得了众多实质性进展,产品在设计、工艺、材料等方面都将发生巨大的革新。