深度窺視電源管理IC幾大趨勢(shì)

新能源汽車、無(wú)人機(jī)、充電樁、LED、身份識(shí)別……這些時(shí)下最熱門的標(biāo)簽集合起來(lái)，無(wú)疑是一場(chǎng)最酷最炫的應(yīng)用秀場(chǎng)。然而，這些應(yīng)用卻因慕尼黑上海電子展而集結(jié)亮相。小到生活中的照明、汽車、移動(dòng)終端，大到工業(yè)、太陽(yáng)能、蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用，都離不開(kāi)電源芯片的蹤影。隨著生活中電子設(shè)備越來(lái)越多，電源設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高：包括更嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)格、逐漸縮短的周期、高成本壓力以及越來(lái)越多需求的差異化高功率電源。

慕尼黑上海電子展(electronica China)作為電子行業(yè)的開(kāi)年大戲，2017年3月將有不少領(lǐng)先電源芯片公司如東芝、ST、安森美、LINEAR，SII精工等集體展示電源管理芯片解決方案，深度窺視分享其發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)方向。

電源IC需“漲姿勢(shì)”

據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)iSuppli預(yù)計(jì)，2016年電源管理IC市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到387億美元，消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域都是主要的應(yīng)用市場(chǎng)，汽車電子、新能源領(lǐng)域也逐漸發(fā)力。在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步的作用下，對(duì)電源IC的技術(shù)要求也不斷走高。而且隨著應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，電源IC的市場(chǎng)也呈現(xiàn)出需求多樣化，應(yīng)用細(xì)分化，更多高性能電源IC的市場(chǎng)需求也不斷深化以及擴(kuò)展化，更好地為滿足系統(tǒng)創(chuàng)新，性能提升而服務(wù)。

一方面，伴隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷升級(jí)，PCB板上的芯片和元器件功能更高、運(yùn)行速度更快、體積更小，驅(qū)使電源管理IC提供更低更精準(zhǔn)的核電電壓以及更大的供電電流、更嚴(yán)格的電壓反饋精度、以及更高的效率性能。另一方面，電源管理IC應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張和深入，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的控制功能、更智能的控制環(huán)路，更快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，更簡(jiǎn)化的外圍布局設(shè)計(jì)等都“不可或缺”。電源管理IC想要“拿得出手”，都需直面這些難題。為了解決這些挑戰(zhàn)和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，數(shù)字化、模塊化、智能化電源IC等已是必然之勢(shì)。

電源管理已日益成為一個(gè)戰(zhàn)略性的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，特別是在通信、計(jì)算以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。隨著FPGA和SoC的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)人員在下一代嵌入式系統(tǒng)中增加了大量混合信號(hào)功能，實(shí)現(xiàn)了以前無(wú)法企及的系統(tǒng)級(jí)性能。如何給功能越來(lái)越多、性能越來(lái)越高、工藝越來(lái)越先進(jìn)的FPGA供電，確實(shí)是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。這也意味著，設(shè)計(jì)者必須要在嚴(yán)格的FPGA電源軌要求、系統(tǒng)功耗和散熱預(yù)算限制、構(gòu)建魯棒而又可靠的系統(tǒng)、符合預(yù)算要求按時(shí)完成其項(xiàng)目、完全滿足其電路板和系統(tǒng)對(duì)功能和性能的要求之間找到最佳結(jié)合點(diǎn)，這殊非易事。

數(shù)字電源激發(fā)活力

各大電源管理IC廠商為應(yīng)對(duì)這一市場(chǎng)走勢(shì)，都在抓緊排兵布陣，而數(shù)字電源成為他們不遺余力的“招數(shù)”。憑借靈活、快速響應(yīng)、高集成度以及高度可控的巨大優(yōu)勢(shì)，數(shù)字電源已顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。

據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS公司旗下IMS Research的報(bào)告，預(yù)計(jì)2017年全球數(shù)字電源市場(chǎng)營(yíng)業(yè)收入將增至124億美元，數(shù)字電源IC市場(chǎng)將達(dá)到26億美元。數(shù)字電源市場(chǎng)以服務(wù)器和通信設(shè)備應(yīng)用為主導(dǎo)，同時(shí)拓展至其他更多應(yīng)用領(lǐng)域，或如星火燎原之勢(shì)。

從近些年的市場(chǎng)并購(gòu)來(lái)看，無(wú)疑都佐證了這一趨勢(shì)。高通收購(gòu)了Summit， Mediatek收購(gòu)Richtek， Microchip收購(gòu)Micrel，Altera收購(gòu)了Enpirion以及最近收購(gòu)了德國(guó)創(chuàng)新型芯片公司ZMDI的數(shù)字電源控制器部門，道理其實(shí)一脈相承，業(yè)界都認(rèn)可并執(zhí)行類似的策略。而收購(gòu)一家電源企業(yè)的好處或遠(yuǎn)比與電源企業(yè)合作來(lái)得“直接”。

模塊化走勢(shì)彰顯

受SoC化設(shè)計(jì)趨勢(shì)的影響，近年來(lái)電源管理IC技術(shù)表現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的模塊化趨勢(shì)。一方面，設(shè)備正變得越來(lái)越復(fù)雜，更多功能特性、更快更復(fù)雜處理器需要更先進(jìn)的電源管理解決方案，電源管理技術(shù)要在更小的硅芯片上集成更多功能同時(shí)以更高的設(shè)計(jì)靈活性實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的系統(tǒng)用電性能，這正在改變傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方法。另一方面，模塊化的電源管理IC可有效降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，節(jié)約電路板空間，提高系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性，同時(shí)也能有效降低系統(tǒng)成本，帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的。因而，市場(chǎng)上的模塊化電源管理IC開(kāi)始不斷浮出水面。

此外，電源管理IC的模塊化趨勢(shì)還體現(xiàn)在與板上其他芯片的“集成化”上，市場(chǎng)上電源管理IC與主控芯片之間通信及監(jiān)控等功能的集成化也在日益增多。張偉超提到，未來(lái)，Altera將會(huì)利用Enpirion公司在電源方面的技術(shù)，將某些電源模塊集成進(jìn)FPGA內(nèi)部，使得系統(tǒng)電路板電路更加簡(jiǎn)潔，功耗和成本都得到優(yōu)化處理，并更加簡(jiǎn)化FPGA系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

智能化提升智能性

而電源管理IC的智能化亦是大勢(shì)使然，或才能主動(dòng)“配合”平臺(tái)主芯片的功能不斷升級(jí)的需求。張偉超介紹說(shuō)，隨著系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)能耗的要求越來(lái)越高，客戶對(duì)電源運(yùn)行狀態(tài)的感知與控制的要求越來(lái)越高，電源設(shè)計(jì)人員不再滿足于實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、溫度，還提出了診斷電源供應(yīng)情況、靈活設(shè)定每個(gè)輸出電壓參數(shù)的要求。此外，電源管理IC必須和電路板上所需要供電的設(shè)備進(jìn)行有效地連接，因系統(tǒng)要求電源子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間更加實(shí)時(shí)的合作與配合，甚至要支持通過(guò)云端進(jìn)行的監(jiān)控去管理，智能化的管理和調(diào)控已成必須。

如何去實(shí)現(xiàn)智能化?這需要在兩個(gè)方面下工夫，一是電源管理IC要實(shí)現(xiàn)與內(nèi)核通信，各部分之間可相互溝通交流，及時(shí)動(dòng)態(tài)的控制加上無(wú)縫的溝通可成就一個(gè)智能化的電源管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)系統(tǒng)變化的供電需求進(jìn)行檢測(cè)分析和響應(yīng)，從而大大提高系統(tǒng)的效率。二是內(nèi)部參數(shù)可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整，這就意味著電源的動(dòng)態(tài)特性是可變的，能順應(yīng)負(fù)載在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化同時(shí)還能保證一定的性能，數(shù)字電源在這方面發(fā)揮重要作用，同時(shí)還需要不斷在控制算法、自適應(yīng)方面實(shí)現(xiàn)突破。