作者：羅姆半導(dǎo)體 我們的地球?qū)⒆兊酶又悄埽涸谌粘Ｉ钪校絹?lái)越多的產(chǎn)品搭載電子處理器——憑借這些器件的性能，我們的生活變得更加輕松。那么，我們應(yīng)如何通過(guò)更好、更有效的方式為眾多處理器供電呢？ 物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智能城市...很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，許多人認(rèn)為這都是空想。然而，毋庸置疑，越來(lái)越多的具體應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)走進(jìn)我們的生活，或者將在我們的日常工作中鋒芒畢露。 物聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)主題的關(guān)鍵在于連接性：不管是家用恒溫器還是汽車(chē)，各種設(shè)備都相互連接，而且彼此通信或與云端通信。數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸速率的提高意味著我們需要新技術(shù)，比如5G等。此外，我們不能忘記另一個(gè)事實(shí)：如果計(jì)算能力不夠，那么設(shè)備的功能以及連接性就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 正確的處理器 如今，設(shè)備必須搭載應(yīng)用處理器才能實(shí)現(xiàn)更多功能。連接云端或其他設(shè)備是其任務(wù)之一，但是與用戶(hù)通信尤其需要較強(qiáng)的算力：高質(zhì)量的視頻、2D和3D圖形以及語(yǔ)音控制都需要采用更先進(jìn)的處理器。 NXP Semiconductors（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“恩智浦公司”）i.MX 8M Mini系列就是這種處理器。為了獲得更合適的指令/瓦數(shù)，恩智浦公司i.MX 8M Mini集成了多達(dá)四個(gè)1.8GHz的Arm Cortex A53內(nèi)核，以及一個(gè)400MHz的Arm Cortex M4。 i.MX 8M Mini系列支持1080p視頻處理、2D/3D圖形、高級(jí)音頻功能和各種高速接口。這使得它們成為各種消費(fèi)應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。 電源 僅選擇適當(dāng)?shù)奶幚砥魇遣粔虻摹Ｄ�必須為這些器件提供電源。電源設(shè)計(jì)通常是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)：處理器需要各種不同的高精度電源電壓，這些電源電壓全都必須經(jīng)過(guò)精確排序才能啟動(dòng)或關(guān)閉處理器。此外，存儲(chǔ)器和各種外圍器件也需要電源。當(dāng)然，您可以使用許多單個(gè)穩(wěn)壓器，然而，電路板的空間通常非常有限而且器件的上電順序可能非常復(fù)雜。 顯然，此問(wèn)題的解決方案就是使用電源管理IC（PMIC）。適當(dāng)?shù)腜MIC能夠在很小的空間內(nèi)整合各種電源，減少所需的外部組件數(shù)量，為功能豐富的應(yīng)用提供更多輔助功能，并且集成了電源排序功能。與單個(gè)穩(wěn)壓器加控制邏輯相比，PMIC是一種效率更高的解決方案。 為了充分利用PMIC的優(yōu)勢(shì)，我們得針對(duì)相應(yīng)的處理器進(jìn)行定制。比如，羅姆的全新BD71847AMWV就針對(duì)恩智浦公司的i.MX 8M mini應(yīng)用處理器進(jìn)行了優(yōu)化。
圖1 羅姆的解決方案 該P(yáng)MIC集成了i.MX 8M mini應(yīng)用處理器、DDR存儲(chǔ)器和常見(jiàn)系統(tǒng)I/O所需的所有電源：六個(gè)DC/DC降壓穩(wěn)壓器，六個(gè)LDO和一個(gè)用于SDXC卡的1.8V/3.3V電源開(kāi)關(guān)。此外，該P(yáng)MIC還配備了一個(gè)可支持各種應(yīng)用場(chǎng)景的可編程電源控制時(shí)序器。客戶(hù)可以通過(guò)OTP配置和/或通過(guò)軟件對(duì)許多工作參數(shù)（比如輸出電壓、轉(zhuǎn)換速率、電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換、復(fù)位行為等）進(jìn)行配置。該P(yáng)MIC還具有廣泛的監(jiān)視和保護(hù)電路，這使其性能更加完善。
圖2 這些功能全都集成在一個(gè)緊湊的56腳7mm x 7mm QFN封裝中。該引腳布局旨在輕松與恩智浦公司i.MX 8M mini處理器以及DDR存儲(chǔ)器相連接。由于完全集成的多個(gè)降壓穩(wěn)壓器只需一個(gè)輸出電容，因此實(shí)現(xiàn)了更小巧的BOM。與分立解決方案相比，通過(guò)集成所有必需的組件，該P(yáng)MIC的組件減少了約52%，PCB面積減少了多達(dá)53%（單面貼裝的三類(lèi)PCB）。如果是雙面貼裝，電路板面積可降至300mm2以下。該P(yáng)MIC的輸入電壓范圍為2.7V到5.5V，且可支持多種電源電壓，比如單節(jié)鋰離子電池、USB輸入和電源等等。 BD71847AMWV具備為整個(gè)系統(tǒng)供電的能力，其內(nèi)置的六個(gè)完整DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器可提供16.5A的電流，六個(gè)LDO可提供超過(guò)1.1A的電流。憑借脈沖寬度自動(dòng)選擇和脈沖頻率調(diào)制功能，該芯片可在較寬的輸出電壓和負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效功率轉(zhuǎn)換。各種降壓穩(wěn)壓器均使用集成電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率為2MHz/1.5MHz，因此可以使用薄型電感。其輸出電壓可以在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行編程，并且兩個(gè)降壓穩(wěn)壓器均采用現(xiàn)代SoC要求的動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）工作方式，以實(shí)現(xiàn)處理器更出色的單任務(wù)能耗性能。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，該芯片的電源架構(gòu)允許LDO穩(wěn)壓器以同類(lèi)更優(yōu)異的總效率提供能量，從而實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的工作時(shí)間和更優(yōu)異的散熱性能表現(xiàn)。各種LDO穩(wěn)壓器均具有可編程輸出電壓，并可提供300mA的電流輸出能力。 BD71847AMWV還集成了一個(gè)可配置的電源時(shí)序器，可對(duì)其12個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器/線(xiàn)性穩(wěn)壓器的啟動(dòng)時(shí)序進(jìn)行編程，包括根據(jù)SoC的要求調(diào)節(jié)其輸出電壓。處理器的電源模式轉(zhuǎn)換通過(guò)握手I/O接口和可編程電源按鈕觸發(fā)。器件中多功能單刀開(kāi)關(guān)電源按鈕的行為可通過(guò)I2C接口在廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行編程。該接口的輸入耐壓范圍較寬，不需要電平轉(zhuǎn)換器。該接口還可用于修改電氣性能，比如輸出電壓、DVS斜率（如適用）、工作模式等。為確保系統(tǒng)安全，該P(yáng)MIC還包含一個(gè)32.768kHz晶振驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器。 羅姆還提供了一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境，以幫助用戶(hù)輕松評(píng)估BD71847AMWV。恩智浦公司i.MX 8M mini評(píng)估套件中已嵌入電源管理IC BD71847AMWV，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器也已集成到評(píng)估套件的板級(jí)支持包中。
圖3 功能特點(diǎn)： - 輸入電壓范圍：2.7V至5.5V - 6個(gè)可編程快速開(kāi)關(guān)DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器 - 6個(gè)通用LDO - 用于高速SDXC卡的1.8V/3.3v電源多路復(fù)用器 - 低成本BOM——同時(shí)解決元件容差、偏置和熱劣化以及老化等問(wèn)題 - 可實(shí)現(xiàn)更低功耗、改良工作時(shí)間和更優(yōu)異散熱性能的優(yōu)化電源架構(gòu) - OTP可配置、軟件可編程電源控制時(shí)序器 - 與i.MX 8M Mini兼容的電源控制硬件邊帶信令 - 單刀多功能電壓按鈕功能 - 32.768kHz晶振驅(qū)動(dòng)器 - 廣泛的保護(hù)功能（軟啟動(dòng)、電源軌錯(cuò)誤檢測(cè)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等） - 電源電壓容限I2C I/F（最大1 MHz） 說(shuō)明： 圖1：羅姆全新PMIC為恩智浦公司i.MX 8M mini處理器提供更出色的供電方式 圖2：BD71847AMWV在單個(gè)芯片上集成了系統(tǒng)所需的各種電源 圖3：恩智浦公司i.MX 8M mini評(píng)估套件中已嵌入電源管理IC BD71847AMWV |
