在電子產品領域中,，便攜式產品是發(fā)展最迅速,，也是最活躍的應用之一。便攜式產品在處理能力上不斷提高,，越來越多的新功能不斷出現(xiàn)。以手機為例,，當今的智能手機主芯片處理能力幾乎接近個人電腦,，各種商務、娛樂,、多媒體,，以及GPS功能都可以通過手機實現(xiàn)。此外,，便攜產品也越來越注重用戶使用體驗,。便攜式產品設計者，不斷提高產品在視覺、聽覺上的表現(xiàn),，并且不斷地提高產品的易用性,，令使用者感覺產品的功能不斷增多，但使用卻更加簡單,。便攜式電子產品對模擬芯片功能的幾個基本訴求卻一直沒有改變,，比如支持越來越高質量的音視頻用戶體驗、更小的方案尺寸,、更長的電池工作時間等等,。這些基本訴求對電源管理和音視頻解決方案產品在性能、效率以及集成度方面不斷提出新的挑戰(zhàn),。
電源管理芯片（PMIC）概念
今天的電源管理芯片（PMIC）已經(jīng)不只是簡單的電源輸出路數(shù)的疊加,，而是根據(jù)應用系統(tǒng)的需求，對各種模擬功能的有選擇的整合,。通常在便攜試電子產品中模擬功能包括：常規(guī)的電源轉換電路如LDO,、Buck、電池管理,。特殊的電源管理如LED驅動,、RF專用的電源控制。還包括音頻數(shù)模轉換以及傳感器管理等,。下圖中各種組件都可以根據(jù)需要集成到電源管理芯片當中,。
要發(fā)展性能出色的電源管理芯片，必須先具備經(jīng)過驗證的構成組件,，通常稱之為IP或者Building Block,。任何沒有經(jīng)過驗證的IP第一次放在高集成度的PMIC中，都增加了潛在的設計風險,。因此美國國家半導體一直堅持并行的發(fā)展分立模擬芯片和高集成度芯片,，包括分立LDO、DC/DC,、充電器,、LED驅動器、RF以及各種音頻產品,，并且不斷提高其性能,。這些分立產品一直具有廣泛的應用需求，在這些經(jīng)過充分驗證的分立芯片的基礎上我們能夠根據(jù)特定應用場合快速地開發(fā)出各種高集成度的PMIC,。
豐富的經(jīng)過驗證的IP,，是發(fā)展PMIC的基礎。而發(fā)展PMIC更需要目標應用的深入理解包括：系統(tǒng)構架,，應用需求,，應用特性等等,。不同的便攜式產品的系統(tǒng)構架，功能需求千變萬化,，無論是相對高集程度的,，還是相對分立的解決方案。對客戶來說合適的才是最好的,。以手機應用為例,，客戶不同的系統(tǒng)構架和設計需求決定了對不同PMIC的需求。我們可以把PMIC分為支持基帶子系統(tǒng)的基帶PMIC和支持應用處理器子系統(tǒng)的AP PMIC兩大類,。 而不同的基帶芯片和應用處理器對PMIC需求又不盡相同,。
PMIC的集成度和靈活性一定會存在矛盾。不可能有一款PMIC適合所有不同的設計,。所以分離電源方案一定會長期存在,。至于哪些構件適合采用PMIC或者分離器件，其實并沒有固定的規(guī)律,，而是由具體設計來決定,。在目前大部的設計者希望PMIC集成那些和主芯片組相關的供電功能（DC/DC， LDO等）,，以及一些常規(guī)存在功能（充電器、比較器 RTC等）,。而那些和產品個性設計相關的功能如燈光管理,、閃光燈驅動等，顯然由分立方案實現(xiàn)更加合適,。而從成本的要求出發(fā),，一些深入定制的客戶化PMIC，可以將系統(tǒng)芯片組以外的模擬功能盡可能地集成,。
圖1： 電源管理芯片應用及構成
電源管理芯片（PMIC）面臨的設計挑戰(zhàn)
如何提高系統(tǒng)用電效率,，降低功耗始終是PMIC的設計挑戰(zhàn)。目前所有基于不同電源管理拓撲的芯片效率都幾乎達到了極限,。系統(tǒng)的用電效率已經(jīng)不能單純靠提高電源轉換效率得到很大的改善,。提高效率的設計重點，已經(jīng)從電源轉換環(huán)節(jié)過渡到了負載環(huán)節(jié),。如何最聰明的讓負載盡量減少不必要的耗電,，成為設計的關鍵。目前最常見的這類技術是動態(tài)電壓管理技術（DVS）,。 美國國家半導體擁有非常獨特的自適應電壓管理（AVS）技術,。與基于簡單的“查找表”的DVS技術不同，我們的AVS技術是將一部分檢測電路植入主芯片中,，這部分電路對主芯片的工作頻率,、環(huán)境溫度，以及芯片制成等參數(shù)進行實時地動態(tài)地監(jiān)測，并指示電源管理芯片輸出最優(yōu)化的電壓,。通過該技術可以節(jié)省高達60%的用電,。另外，我們還有針對RF PA的節(jié)電方案 （RF Power）,，可以讓系統(tǒng)根據(jù)RF PA的實際功率輸出等級,，動態(tài)地調整供電電壓，以很大程度的節(jié)省RF PA的功耗,。
此外很多模擬產品越來越智能,，我們在其中增加了很多自動調節(jié)和控制的功能，減少對主芯片的依賴,。比如LED燈光管理芯片,，內部集成了SRAM，可以根據(jù)預先編程對LED驅動進行控制,，不需要占用CPU資源,。再比如背光驅動芯片具有環(huán)境亮度傳感器接口，驅動芯片可以根據(jù)環(huán)境亮度自行調整背光亮度,，不需要令CPU處在實時輪訊狀態(tài),，這些設計也從一定程度上降低了系統(tǒng)功耗。
圖2： PMIC基帶子系統(tǒng)框圖
此外封裝是決定PMIC方案尺寸的重要因素,。美國國家半導體擁有領先的封裝技術,，其microSMD封裝技術可以使芯片的尺寸和晶元尺寸相同。目前的管腳間距做到0.4mm,。以一顆81個管腳的PMIC為例,，芯片的尺寸只有3.6mm×3.6mm。
如前面討論的,，PMIC的開發(fā)已經(jīng)不是靠半導體廠商自行設計能夠完成的,。而是要依靠和客戶深度合作。豐富的IP,，對應用系統(tǒng)的深入理解,，以及領先的封裝技術是發(fā)展PMIC三個重要方面?？蛻粼谶x擇PMIC供應商合作伙伴的時候要充分考慮供應商在這三個方面的經(jīng)驗和實力,。