作者：羅姆半導體 我們的地球將變得更加智能：在日常生活中，越來越多的產品搭載電子處理器——憑借這些器件的性能，我們的生活變得更加輕松。那么，我們應如何通過更好、更有效的方式為眾多處理器供電呢？ 物聯網、智能家居、智能城市...很長一段時間內，許多人認為這都是空想。然而，毋庸置疑，越來越多的具體應用場景已經走進我們的生活，或者將在我們的日常工作中鋒芒畢露。 物聯網和相關主題的關鍵在于連接性：不管是家用恒溫器還是汽車，各種設備都相互連接，而且彼此通信或與云端通信。數據吞吐量和傳輸速率的提高意味著我們需要新技術，比如5G等。此外，我們不能忘記另一個事實：如果計算能力不夠，那么設備的功能以及連接性就無法實現。 正確的處理器 如今，設備必須搭載應用處理器才能實現更多功能。連接云端或其他設備是其任務之一，但是與用戶通信尤其需要較強的算力：高質量的視頻、2D和3D圖形以及語音控制都需要采用更先進的處理器。 NXP Semiconductors（以下簡稱“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，恩智浦公司i.MX 8M Mini集成了多達四個1.8GHz的Arm Cortex A53內核，以及一個400MHz的Arm Cortex M4。 i.MX 8M Mini系列支持1080p視頻處理、2D/3D圖形、高級音頻功能和各種高速接口。這使得它們成為各種消費應用和工業應用的理想選擇。 電源 僅選擇適當的處理器是不夠的。您還必須為這些器件提供電源。電源設計通常是一項具有挑戰性的任務：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過精確排序才能啟動或關閉處理器。此外，存儲器和各種外圍器件也需要電源。當然，您可以使用許多單個穩壓器，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雜。 顯然，此問題的解決方案就是使用電源管理IC（PMIC）。適當的PMIC能夠在很小的空間內整合各種電源，減少所需的外部組件數量，為功能豐富的應用提供更多輔助功能，并且集成了電源排序功能。與單個穩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的優勢，我們得針對相應的處理器進行定制。比如，羅姆的全新BD71847AMWV就針對恩智浦公司的i.MX 8M mini應用處理器進行了優化。
圖1 羅姆的解決方案 該PMIC集成了i.MX 8M mini應用處理器、DDR存儲器和常見系統I/O所需的所有電源：六個DC/DC降壓穩壓器，六個LDO和一個用于SDXC卡的1.8V/3.3V電源開關。此外，該PMIC還配備了一個可支持各種應用場景的可編程電源控制時序器。客戶可以通過OTP配置和/或通過軟件對許多工作參數（比如輸出電壓、轉換速率、電源狀態轉換、復位行為等）進行配置。該PMIC還具有廣泛的監視和保護電路，這使其性能更加完善。
圖2 這些功能全都集成在一個緊湊的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存儲器相連接。由于完全集成的多個降壓穩壓器只需一個輸出電容，因此實現了更小巧的BOM。與分立解決方案相比，通過集成所有必需的組件，該PMIC的組件減少了約52%，PCB面積減少了多達53%（單面貼裝的三類PCB）。如果是雙面貼裝，電路板面積可降至300mm2以下。該PMIC的輸入電壓范圍為2.7V到5.5V，且可支持多種電源電壓，比如單節鋰離子電池、USB輸入和電源等等。 BD71847AMWV具備為整個系統供電的能力，其內置的六個完整DC-DC降壓轉換器可提供16.5A的電流，六個LDO可提供超過1.1A的電流。憑借脈沖寬度自動選擇和脈沖頻率調制功能，該芯片可在較寬的輸出電壓和負載范圍內實現高效功率轉換。各種降壓穩壓器均使用集成電源開關，開關頻率為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進行編程，并且兩個降壓穩壓器均采用現代SoC要求的動態電壓縮放（DVS）工作方式，以實現處理器更出色的單任務能耗性能。經過優化，該芯片的電源架構允許LDO穩壓器以同類更優異的總效率提供能量，從而實現最長的工作時間和更優異的散熱性能表現。各種LDO穩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還集成了一個可配置的電源時序器，可對其12個開關穩壓器/線性穩壓器的啟動時序進行編程，包括根據SoC的要求調節其輸出電壓。處理器的電源模式轉換通過握手I/O接口和可編程電源按鈕觸發。器件中多功能單刀開關電源按鈕的行為可通過I2C接口在廣泛的范圍內進行編程。該接口的輸入耐壓范圍較寬，不需要電平轉換器。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。為確保系統安全，該PMIC還包含一個32.768kHz晶振驅動器和一個看門狗定時器。 羅姆還提供了一個開發環境，以幫助用戶輕松評估BD71847AMWV。恩智浦公司i.MX 8M mini評估套件中已嵌入電源管理IC BD71847AMWV，相應的驅動器也已集成到評估套件的板級支持包中。
圖3 功能特點： - 輸入電壓范圍：2.7V至5.5V - 6個可編程快速開關DC/DC降壓轉換器 - 6個通用LDO - 用于高速SDXC卡的1.8V/3.3v電源多路復用器 - 低成本BOM——同時解決元件容差、偏置和熱劣化以及老化等問題 - 可實現更低功耗、改良工作時間和更優異散熱性能的優化電源架構 - OTP可配置、軟件可編程電源控制時序器 - 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晶振驅動器 - 廣泛的保護功能（軟啟動、電源軌錯誤檢測、過壓保護、過流保護等） - 電源電壓容限I2C I/F（最大1 MHz） 說明： 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在單個芯片上集成了系統所需的各種電源 圖3：恩智浦公司i.MX 8M mini評估套件中已嵌入電源管理IC BD71847AMWV |
