Sub-PMIC是电源管理的未来

最新sub-PMIC系列支持4MHz开关频率，可使用更小尺寸的外部元件，单路输出可达6A/10A，双路输出模式每路输出可达3A/5A，采用单芯锂离子电池供电，也可以采用3.3V或5V直流供电。

配备了电源管理芯片(PMIC)的设备越来越智能和高效。推动电源管理芯片用量增长的主要驱动力，来自于市场对节能产品的需求持续增加，电源管理芯片被广泛应用在消费电子、汽车电子、工业、通信和网络等领域。

Dialog半导体公司的DA9217、DA9220、DA9121、DA9122系列降压转换器是PMIC的一个典型代表，该系列是Dialog公司首个支持4MHz开关频率的sub-PMIC系列，高开关频率可以使用更小尺寸的电感，从而缩小设备尺寸。该系列芯片适用于基于ARM Cortex的多核处理器、高性能SoC、FPGA和GPU。该系列器件能为设备提供6A到10A的电流。

图1. DA9217应用电路示例

“该新sub-PMIC系列主要目标市场包括智能手机、数码单反相机、固态硬盘、硬盘驱动、笔记本电脑、Wi-Fi模组、光电收发器模组等。在这些应用中，该新sub-PMIC系列一般为系统应用处理器中的CPU内核供电，或为系统存储器供电，”Dialog半导体公司电源管理市场总监Faisal Ahmad表示。

该芯片系列采用简单的数字编程，简化了复杂系统上电时序，从而实现更高的效率。该系列芯片支持单路6A/10A输出，也可以配置成每路输出3A/5A的双路输出，非常适合最新7纳米工艺的SoC。

该系列sub-PMIC可采用单芯锂离子电池供电，并可以通过I2C接口进行动态电压控制，以优化系统功耗与性能。还具备优良的故障保护功能，能够应对过压、过流、过温等状况。

Ahmad指出：“Dialog的最新sub-PMIC系列可以根据负载状况自动调节电源模式，以实现系统电源效率最优，支持的电源模式包括脉冲频率调制(PFM)、切相模式(phase shedding mode)，以及全功率脉宽调制(PWM)。Dialog的先进技术可以根据CPU的负载动态调整电压幅值。”

“例如，当用户在移动设备上启动一个画面精细的游戏时，CPU根据内核运行游戏程序需要调节供电电压，以优化性能和功耗，”Ahmad补充道。

PMIC的热性能十分重要，良好的热性能可以避免系统过热导致的故障。设计师要深入理解芯片的热行为，特别是应用于汽车中的PMIC。只有对系统中功率器件的工作温度趋势了如指掌，并能分析出功率器件产生的热量如何影响周围的器件，才能实现最优的方案。此外，随着对可靠性要求越来越严格，开发人员也越来越关注温度变化导致的封装完整性问题。

Ahmad表示：“当一个小尺寸芯片上要输出10A电流时，热管理都会变得非常重要。Dialog该系列产品采用晶圆级封装(WLCSP)，热性能非常好，我们也提供布局布线建议，以优化效率和热性能。”

“布局布线时建议将去耦电容尽可能靠近芯片，去耦电容的两端，一端接输入电源，另一端接地，两端都要用短粗线，将损耗降到最低。电源和地多加过孔到内层，有助于将芯片的热量散到PCB上，改善热性能(图2)。”Ahmad补充道。

图2. 建议的输入电容器放置和布线

大多数消费电子都用到PMIC。在开发消费电子设备时，工程师经常面临的挑战是如何减少板级尺寸，以及如何降低功耗。

Ahmad说：“设计电源管理部分的主要挑战是如何满足系统在尺寸大小与效率方面的严苛要求。为了进一步缩小解决方案尺寸，我们在考虑采用10MHz以上的开关频率，以进一步缩小输出电感和电容的尺寸。提高电源效率则可以简化热设计，并延长移动设备的电池续航能力。Dialog正在进一步改善芯片技术，以提供更高效的开关以及新的开关模式架构，以降低功率损耗。”

当更多新型复杂的互连工业系统不断涌现时，电源管理必须能满足新的设计挑战。PMIC可以帮助缩小整机尺寸，提高系统总效率，并减少热损耗，从而满足系统日趋复杂的电源管理要求。