24小時聯系電話:18217114652、13661815404
中文
技術專題
使用PMIC管理SoC的電源
使用PMIC管理SoC的電源
新技術和應用，加上更緊湊的封裝和不斷提高的連接性要求，共同推動了當前處理器及其電源系統的極限。這些處理器必須支持越來越多的音頻，視頻，高清（HD）圖形，流媒體，游戲以及介于兩者之間的所有內容的計算。隨著內容的數量和質量的提高，在更少的空間中提供更高性能的需求也越來越高。這種用戶驅動的方法將集成推到了最前沿，使其成為技術開發的限制因素。
在實現高性能同時降低成本方面的挑戰導致工程師開發了片上系統（SoC）集成電路（IC）。這些解決方案將許多系統功能集成到IC中，從而降低了功耗，成本，工作量和技術知識。需要實現需要深厚專業知識的功能，例如視頻和圖形處理。以可口的成本實現高性能要求制造商以深亞微米（互補金屬氧化物半導體（CMOS），≤16 / 14nm）工藝開發SoC。
此類SoC需要電源來提供高電流，這對于在高級亞微米CMOS工藝中實現而言可能是一個挑戰。電源電路需要大型晶體管來處理大電流并承受高電壓（相對于數字核心電壓）。這些屬性與數字電路中使用的晶體管的屬性完全相反。因此，在與數字電路相同的管芯上實現電源在技術上具有挑戰性（或不可能），并且這樣做可能不經濟?？偟膩碚f，這些不兼容性一直存在于IC設計中，但是隨著現代處理器在不斷縮小的CMOS工藝中實現，這些不兼容現象會加劇。
在這里，我們將通過NXP i.MX 8M處理器系列（微型和納米）和ROHM BD71847 / BD71850來說明SoC電源管理集成電路（PMIC）代碼設計的管理和優化。選擇這些解決方案是因為它們的功能，低物料清單（BOM）成本和緊湊的占地面積相結合，使OEM可以快速開發和生產智能連接設備。
權衡與解決方案
SoC上更高的系統級電源集成帶來了若干成本：
降低設計靈活性
次優系統效率
更高的開發成本和BOM成本
上市時間更長
這些折衷為構建現代處理器及其電源子系統提供了系統級創新的機會。
提高設計靈活性的方法
i.MX 8M / 8Mini / Nano沒有集成的DC / DC轉換器或低壓差穩壓器（LDO）。相似的SoC也沒有集成DC / DC轉換器，但是許多SoC使用片上LDO將較低的外部電源軌轉換為處理器內核，從而對內核應用了動態電壓和頻率縮放（DVFS）。通過將DC / DC和LDO置于芯片外，SoC設計人員充分利用了昂貴的14nm硅封裝，該封裝針對數字功能進行了優化，例如處理器內核，緩存和音頻/視頻硬件加速器。不受片上電源管理要求的束縛，他們可以自由地制定（外部）電源架構，以促進而不是限制處理器的開發。i.MX 8M需要相當多的電源軌（8美元和7個LDO），這表明了這種自由。同時，ROHM PMIC設計人員以ROHM的130nm Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）工藝實現了電源電路，該工藝針對電源管理功能進行了優化。每個團隊都可以自由使用最合適的流程和IP來完成手頭的任務。
提高系統效率的方法
在130nm BCD工藝中實現電源電路，可使BD71847AMWV / BD71850MWV（圖1）降壓，以在0.7V-3.3V輸出電壓下實現高達95％的效率。在系統級別，當使用外部DC / DC直接將DVFS應用于處理器內核時，效率會進一步提高。畢竟，使用帶有片上LDO的外部DC / DC進行DVFS相當于兩階段轉換，在第二階段會產生額外的損耗。
一個經常被忽視的特性是輸出電壓的精度（+/- 1.5％）。在輸出電壓調整步驟（10mV步驟）中具有更高的分辨率，電源管理器軟件可以將電源軌的輸出電壓精確地設置在最低水平，以最大程度地降低功耗，但仍允許由該電源軌供電的子系統以所需的頻率。
降低開發和BOM成本的方法
隨著市場不斷增加新功能和/或減小產品尺寸和重量的壓力，工程師們一直在努力尋找將更多功能集成到IC中并提高可靠性的方法。但是，更高的集成度也可能帶來更高的開發成本和芯片成本。將SoC開發與電源管理脫鉤，可以使每個人以自己的最佳速度進行。從設計，驗證，IC布局到IC制造的整個過程中的每個步驟都更加簡單快捷，極大地提高了擁有首次使用硅的機會。較低的（總）管芯成本來自在較便宜的（BCD）流程中實現電源功能。
與許多技術企業一樣，上市時間至關重要。對于高度復雜的組件（例如應用程序處理器），將基本不兼容的技術（例如數字處理元件（CPU，硬件加速器）和電源管理）的開發分開，可以降低開發工作量和風險，從而縮短上市時間。
設計用于SoC的可編程PMIC的注意事項提供了用戶體驗和產品開發之間的權衡。恩智浦的8M / 8MM / Nano和羅姆半導體的847/850是高度工程化的產品，可在產品生命周期的兩端實現成功。從流媒體盒和加密狗到AV接收機和無線條形音箱再到工業HMI，SBC，IPC和平板計算機，各種應用程序都使用這些組件來實現其強大的性能。半導體利用制造商友好的資產（如設計靈活性和上市時間）來優化用戶關鍵的功能（性能和價格）。它們是面向市場的產品，展示了非集成組件的靈活性與高度集成的PMIC-SoC之間的關鍵平衡。