集成IC簡(jiǎn)化了移動(dòng)平臺(tái)中的電源管理

移動(dòng)電話和平板電腦等便攜式設(shè)備需要電源管理技術(shù)來(lái)滿足日益具有挑戰(zhàn)性的性能要求。消費(fèi)者正在以新的方式使用智能手機(jī)：他們希望顯示高清 GPS 視頻和地圖;進(jìn)行雙向視頻通話;玩更吸引人的游戲;和流音樂(lè)。此類(lèi)應(yīng)用的片上系統(tǒng) (SoC) 項(xiàng)目還必須符合嚴(yán)格的散熱目標(biāo)，同時(shí)滿足長(zhǎng)電池壽命要求。

第三代“智能”手機(jī)將傳統(tǒng)手機(jī)與個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)(DSC)和音樂(lè)播放器(MP3)等功能相結(jié)合。可充電鋰離子 (Li-ion) 電池是移動(dòng)電子產(chǎn)品的電源。它的高能量密度保證了比其他類(lèi)型的電池在尺寸和重量上更大的功率。此外，它的工作電壓使其能夠?yàn)?DC/DC 解決方案獲得長(zhǎng)壽命和高轉(zhuǎn)換效率。

估算移動(dòng)設(shè)備的能耗是設(shè)計(jì)的基本要素。目的是設(shè)計(jì)設(shè)備以最小化其能量消耗。振蕩器、CPU、I/O 端口和模擬外設(shè)等單個(gè)組件必須被視為計(jì)算的一部分。有效的能源管理提出了越來(lái)越復(fù)雜的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。電池壽命低會(huì)導(dǎo)致客戶不滿意。

電池

為了滿足這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，電源管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從電池開(kāi)始。充電周期、老化和溫度等因素會(huì)隨著時(shí)間的推移降低鋰離子電池的性能。正確管理和控制可充電電池對(duì)于優(yōu)化電池壽命至關(guān)重要。

電池管理由三個(gè)部分組成：充電監(jiān)控、保護(hù)和控制。電池監(jiān)控和保護(hù) IC 通常由電池本身提供。然而，充電控制是便攜式設(shè)備的一部分。隨著時(shí)間的推移，充電控制器件有了顯著的發(fā)展，為高密度、高速數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)了更短的最小柵極長(zhǎng)度，但也為更多的模擬和電源應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了更高電壓的器件。

線性控制拓?fù)湓诘凸β孰姵亟M充電到 1 A 以下的應(yīng)用中效果很好。但是，開(kāi)關(guān)模式拓?fù)涓m合需要 1 A 或更高充電速度的大型電池組。開(kāi)關(guān)模式拓?fù)涓咝?，并且在充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量最小，但如果封裝不正確，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)。

Texas Instruments 的 bq24259 是一款開(kāi)關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理器件，適用于單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池。IC 分三個(gè)階段自動(dòng)為電池充電：預(yù)調(diào)節(jié)、恒流和恒壓。

該器件支持 3.9V 至 6.2V USB 輸入電源，包括具有 6.4V 過(guò)壓保護(hù)功能的標(biāo)準(zhǔn) USB 主機(jī)端口和 USB 充電端口。該器件支持 USB 2.0 和 USB 3.0 電源規(guī)范，具有輸入電流和電壓調(diào)節(jié)功能。為了設(shè)定默認(rèn)輸入電流限值，bq24259 獲取系統(tǒng)檢測(cè)電路(如 USB PHY 器件)中的結(jié)果。該器件還具有快速啟動(dòng)功能和高達(dá) 1.5A 的精確限流能力，能夠?yàn)?VBUS 提供 4.55V 至 5.5V(默認(rèn)為 5V)的可調(diào)電壓，支持 USB On-the-Go 運(yùn)行。

移動(dòng)和便攜式鋰離子設(shè)備的設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)使用 MAX17262 單節(jié)電池和 MAX17263 單節(jié)/多節(jié)電池集成電路的充電電平指示器來(lái)延長(zhǎng)電池壽命并提供有關(guān)電池充電狀態(tài) (SOC) 的信息，從而提高性能來(lái)自美信集成。MAX17262 和 MAX17263 器件將傳統(tǒng)的庫(kù)侖計(jì)數(shù)與新的 ModelGauge m5 EZ 算法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)電池的高精度 SOC，無(wú)需對(duì)電池本身進(jìn)行表征。

多核芯片的電源管理

SoC 項(xiàng)目中的計(jì)算量不斷增加，以通過(guò)執(zhí)行機(jī)器視覺(jué)和其他深度學(xué)習(xí)算法的硬件加速器添加更多功能。然而，與此同時(shí)，這些功能強(qiáng)大的多核芯片需要能夠進(jìn)一步提高能效并創(chuàng)建更靈活的電源序列的解決方案。

對(duì)降低能耗的需求和不斷增加的移動(dòng)設(shè)備的出現(xiàn)將微電子技術(shù)導(dǎo)向越來(lái)越多的超低功耗解決方案，這些解決方案利用了動(dòng)力、太陽(yáng)能、熱能和射頻 (RF) 等環(huán)境能源。充分利用這些資源并不容易。檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，可以確定能量收集系統(tǒng)的整體效率。

電源管理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是以最大效率提供恒定電壓輸出。隨著微電子技術(shù)的最新進(jìn)展，低功耗系統(tǒng)可以管理能量收集，以滿足當(dāng)今集成電路在不同工作情況下的微瓦和納瓦低功耗。

優(yōu)化能源性能的重要性變得更加關(guān)鍵，技術(shù)上也更加困難。電源管理集成電路 (PMIC) 具有高度可編程性，使其能夠支持單核或多核應(yīng)用處理器以及所有智能手機(jī)子系統(tǒng)(例如網(wǎng)絡(luò)和堆棧連接(3G、4G LTE、 Wi-Fi、藍(lán)牙和 NFC)、顯示器、百萬(wàn)像素相機(jī)等。