就像其他很多應(yīng)用一樣,，低功率、高精度組件已經(jīng)使移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)了迅速增長(zhǎng),。然而,，與其他很多應(yīng)用不同的是，面向工業(yè),、醫(yī)療及軍事應(yīng)用的便攜式產(chǎn)品一般對(duì)可靠性,、運(yùn)行時(shí)間和堅(jiān)固性的要求高得多。這類高要求產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)大部分落在了電源系統(tǒng)及其組件上,。這類產(chǎn)品的一個(gè)共同特點(diǎn)是,，必須在使用各種電源時(shí)正確工作且在各種電源之間無縫切換。因此,，必須竭盡全力提供保護(hù)以及承受故障,，在電池供電時(shí)限度延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，并確保只要存在有效電源,，就能夠可靠運(yùn)行,。
顯然,，滿足這些需求所需電源管理集成電路 (PMIC) 必須允許應(yīng)用由多種電源供電，其中可能包括交流適配器,、USB 端口,、汽車點(diǎn)煙器適配器或甚至鋰離子電池。如果 PMIC 集成了電源通路 (PowerPathTM) 控制功能,，那么這一要求可能很容易滿足,。這種方法確保系統(tǒng)電源保持不間斷，并容許外部電源和電池電源之間以熱插拔方式轉(zhuǎn)換,。在有些情況下，PMIC 中可能還包括電池充電器,。如果這樣,，那么這種電池充電電路需要確保利用應(yīng)用不需要的多余電量給電池充電。此外,，內(nèi)置保護(hù)電路有時(shí)是必要的,，以抵御超過 30V 的外部過壓故障。后,，無負(fù)載靜態(tài)電流必須很低,，以在很寬的負(fù)載及工作條件范圍內(nèi)提供電源效率。這類功能對(duì)于任何產(chǎn)品的成功和實(shí)用性都是至關(guān)重要的,。
行業(yè)趨勢(shì)
盡管產(chǎn)品尺寸越來越小,，但是對(duì)功能的需求卻不斷增加。此外,，現(xiàn)在的業(yè)界趨勢(shì)是,，為移動(dòng)產(chǎn)品供電的微處理器 (μP)、微控制器 (μC) 或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 等數(shù)字 IC 不斷降低其工作電壓,，但與此同時(shí)卻不斷提高其安培數(shù),。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，微處理器是流行的器件,，飛思卡爾,、英特爾、NVIDIA,、三星以及其他供應(yīng)商所提供采用各種節(jié)電方式的產(chǎn)品也越來越多,。這些產(chǎn)品用來跨多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，使多種便攜式,、無線及移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用實(shí)現(xiàn)低功耗和很高的處理性能,。
使用這些處理器初的目的是，幫助 OEM 開發(fā)更小,、更具成本效益,、電池壽命更長(zhǎng)的便攜式手持設(shè)備,，同時(shí)提供增強(qiáng)的計(jì)算性能，以運(yùn)行功能豐富的多媒體應(yīng)用,。然而,，非便攜式應(yīng)用現(xiàn)在也開始需要同樣高的電源效率和處理性能了。例如,，汽車信息娛樂系統(tǒng)和其他嵌入式應(yīng)用都需要類似水平的電源效率和處理能力,。在所有情況下，要正確控制和監(jiān)視微處理器電源,，以使這些處理器的性能優(yōu)勢(shì)全部發(fā)揮出來,，就必須使用高度化、高性能的電源管理 IC,。
如今的工業(yè)和醫(yī)療移動(dòng)設(shè)備很多在電源加電以及給各種不同的電路加電時(shí),，都需要受控和經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的排序功能。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活性及簡(jiǎn)單的排序方法不僅使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易,，也提高了系統(tǒng)可靠性,，并使單個(gè) PMIC 在系統(tǒng)中能夠應(yīng)對(duì)更廣泛的組件，而不是僅滿足一個(gè)具體的處理器的需求,。
歷*,，許多 PMIC 尚未擁有處理這些新式系統(tǒng)和微處理器所需的功率。任何旨在滿足已簡(jiǎn)述之工業(yè)或醫(yī)療電源管理 IC 設(shè)計(jì)限制條件的解決方案都必須實(shí)現(xiàn)高集成度的整合,，包括大電流開關(guān)穩(wěn)壓器和 LDO,、寬工作溫度范圍、電源排序和重要參數(shù)的動(dòng)態(tài) I2C 控制以及難以制作的功能部件,。此外,，具高開關(guān)頻率的器件允許使用更小的外部組件，同時(shí)陶瓷電容器可降低輸出紋波,。這種低紋波與準(zhǔn)確,、響應(yīng)速度很快的穩(wěn)壓器相結(jié)合，可滿足 45nm 型處理器苛刻的電壓容限要求,。這樣的電源 IC 還必須能夠滿足嚴(yán)格的環(huán)境限制,，諸如提供輻射抑制，即使輸入電壓直接由電池本身提供,。
設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
當(dāng)今的智能手機(jī)和平板電腦設(shè)計(jì)師面臨著的挑戰(zhàn),。其中包括需要高性能電源管理系統(tǒng)，以顧及日益提高的系統(tǒng)復(fù)雜性和更高的功率預(yù)算,。這些系統(tǒng)努力在較長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間,、與多種電源的兼容性、高功率密度、小尺寸,、有效的熱量管理等相互排斥的目標(biāo)之間實(shí)現(xiàn)平衡,。
所有智能手機(jī)和平板電腦的一個(gè)共同目標(biāo)是，在目前的水平上,，進(jìn)一步降低它們所消耗的功率,。任何系統(tǒng)的功耗都能夠以兩種方式應(yīng)對(duì)：首先，跨整個(gè)負(fù)載電流范圍
限度提高轉(zhuǎn)換效率;其次,，降低 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在所有工作模式時(shí)的靜態(tài)電流,。因此，為了在降低系統(tǒng)功耗過程中發(fā)揮積極作用,，電源轉(zhuǎn)換和管理 IC 必須更高效,，且在所有工作條件下，具備更低的功耗水平,。
為了滿足這些特定要求,，凌力爾特在很多電源管理及轉(zhuǎn)換 IC 中納入了突發(fā)模式 (Burst Mode®) 技術(shù)。這種技術(shù)限度降低了 IC 本身在備用模式時(shí)所需的電流,。在很多情況下，這種備用靜態(tài)電流低于 20mA,。
直到不久前,，鋰離子電池供電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師一直用兩種基本方法應(yīng)對(duì)由于電池尺寸小因而容量有限的挑戰(zhàn)。一種方法是設(shè)計(jì)使用單獨(dú)組件的系統(tǒng),，每個(gè)組件為單一功能而優(yōu)化,。這種方法提供的設(shè)計(jì)、布局和熱量管理靈活性,，同時(shí)使每種功能實(shí)現(xiàn)了恰當(dāng)?shù)男阅芩?。但是這種方法有一個(gè)主要缺點(diǎn)，即成本相對(duì)較高,，需要占用大量電路板空間,，以滿足日益增加的功能需求。
另一種替代方案是設(shè)計(jì)師可以從多種高集成度 PMIC 中進(jìn)行選擇,。這些器件所支持的功能通常超出大多數(shù)應(yīng)用的實(shí)際需要,，包括開關(guān) DC/DC 控制器、單片式開關(guān)電源和眾多集成型 LDO 與無關(guān)的混合信號(hào)功能部件 (例如：觸屏控制器,、音頻編等等) 的笨拙組合,。結(jié)果，這些 PMIC 可能十分笨拙,，難以使用,，而且大多數(shù)需要僅為器件接通而大量投資開發(fā)固件。這類產(chǎn)品往往更重視集成而不是性能，常常由于將熱量集中到產(chǎn)品內(nèi)的單個(gè)“熱點(diǎn)” 上而使熱量管理更加復(fù)雜,。諷刺的是這類高集成度解決方案也需要占用相對(duì)較多的電路板空間,，因?yàn)樗鼈兊姆庋b較大、引腳數(shù)較多,。后,，這類解決方案迫使設(shè)計(jì)師大膽安排電路板布局，以顧及所有有關(guān)外部組件 (MOSFET,、電感器,、二極管和各種無源組件)，以及顧及從 PMIC 跨整個(gè)系統(tǒng)到各種負(fù)載所需的有關(guān)布線,。
不過,，現(xiàn)在有一種新的方法可用，這種方法介于使用多個(gè)電源 IC 或使用高度復(fù)雜的 PMIC 這兩種方法之間,，是一種適度集成但功能強(qiáng)大的 PMIC,。這個(gè) IC 就是凌力爾特不久前推出的 LTC3676 / LTC3676-1。
LTC3676 / LTC3676-1 是完整的電源管理解決方案,，適用于飛思卡爾 i.MX6 處理器,、基于 ARM 的處理器以及其他先進(jìn)的便攜式微處理器系統(tǒng)。LTC3676 / LTC3676-1 含有 4 個(gè)同步降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,，每個(gè)都可為內(nèi)核,、存儲(chǔ)器、I/O 和系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC) 軌提供高達(dá) 2.5A 的電流,，該器件還含有 3 個(gè)面向低噪聲模擬電源的 300mA 線性穩(wěn)壓器,。為提供 / 吸收電流和跟蹤運(yùn)行情況，LTC3676-1 配置一個(gè) 1.5A 降壓型穩(wěn)壓器,，以支持 DDR 存儲(chǔ)器終止,，該器件還為 DDR 增加了一個(gè) VTTR 基準(zhǔn)輸出。這兩個(gè)引腳從功能上取代了 LTC3676 LDO4 的使能引腳和反饋引腳,。LDO 4 仍然可通過 I2C 編程,。高度可配置的電源排序功能、動(dòng)態(tài)輸出電壓調(diào)節(jié),、按鈕接口控制器以及通過 I2C 接口實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓器控制功能支持多個(gè)穩(wěn)壓器,，另外通過中斷信號(hào)輸出，還提供廣泛的狀態(tài)和故障報(bào)告,。LTC3676 支持 i.MX6,、PXA 和 OMAP 處理器，具有 8 個(gè)處于合適功率級(jí)的獨(dú)立電源軌以及動(dòng)態(tài)控制和排序功能,。其他特點(diǎn)包括接口信號(hào),，例如：待機(jī)電壓 (VSTB) 引腳，其同時(shí)在多達(dá) 4 個(gè)電源軌上切換編程運(yùn)行與待機(jī)輸出電壓。該器件采用扁平 40 引腳 6mm x 6mm x 0.75mm 裸露焊盤 QFN 封裝,。
