確保物聯(lián)網(wǎng)的計算能力，適用于應(yīng)用處理器的高效電源

我們的地球?qū)⒆兊酶又悄埽涸谌粘Ｉ钪?，越來越多的產(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...很長一段時間內(nèi)，許多人認(rèn)為這都是空想。然而，毋庸置疑，越來越多的具體應(yīng)用場景已經(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，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事實：如果計算能力不夠，那么設(shè)備的功能以及連接性就無法實現(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圖形以及語音控制都需要采用更先進(jìn)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(shù)，恩智浦公司i.MX 8M Mini集成了多達(dá)四個1.8GHz的Arm® Cortex® A53內(nèi)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(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?。您還必須為這些器件提供電源。電源設(shè)計通常是一項具有挑戰(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)過精確排序才能啟動或關(guān)閉處理器。此外，存儲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，我們得針對相應(yīng)的處理器進(jìn)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(yīng)用處理器進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1

羅姆的解決方案

該PMIC集成了i.MX 8M mini應(yīng)用處理器、DDR存儲器和常見系統(tǒng)I/O所需的所有電源：六個DC/DC降壓穩(wěn)壓器，六個LDO和一個用于SDXC卡的1.8V/3.3V電源開關(guān)。此外，該PMIC還配備了一個可支持各種應(yīng)用場景的可編程電源控制時序器?？蛻艨梢酝ㄟ^OTP配置和/或通過軟件對許多工作參數(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PMIC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(wěn)壓器只需一個輸出電容，因此實現(xiàn)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(dá)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(jié)鋰離子電池、USB輸入和電源等等。

BD71847AMWV具備為整個系統(tǒng)供電的能力，其內(nèi)置的六個完整DC-DC降壓轉(zhuǎn)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(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關(guān)，開關(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，并且兩個降壓穩(wěn)壓器均采用現(xiàn)代SoC要求的動態(tài)電壓縮放(DVS)工作方式，以實現(xiàn)處理器更出色的單任務(wù)能耗性能。經(jīng)過優(yōu)化，該芯片的電源架構(gòu)允許LDO穩(wěn)壓器以同類更優(yōu)異的總效率提供能量，從而實現(xiàn)最長的工作時間和更優(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還集成了一個可配置的電源時序器，可對其12個開關(guān)穩(wěn)壓器/線性穩(wěn)壓器的啟動時序進(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關(guān)電源按鈕的行為可通過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PMIC還包含一個32.768kHz晶振驅(qū)動器和一個看門狗定時器。

羅姆還提供了一個開發(fā)環(huán)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(yīng)的驅(qū)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(guān)DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器

- 6個通用LDO

- 用于高速SDXC卡的1.8V/3.3v電源多路復(fù)用器

- 低成本BOM——同時解決元件容差、偏置和熱劣化以及老化等問題

- 可實現(xiàn)更低功耗、改良工作時間和更優(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)動器

- 廣泛的保護(hù)功能(軟啟動、電源軌錯誤檢測、過壓保護(hù)、過流保護(hù)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(tǒng)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