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集成化系统级电源管理是延长续航时间最佳方法

发布时间:2012-11-07

关键字:电源管理 

随着消费电子设备的复杂性不断增长,为每项功能设计独立电源管理电路的方法已经过时,现在需要更系统的电源管理方法,以及对各种应用处理器及其外围电路间相互作用的深入理解。比如,各种电路功能之间是如何通信的?何时需要处理器介入,以及在什么样的情况下可以进入休眠模式?采用不同的休眠模式的含义是什么?处理器能够以多快的速度被唤醒?对于某个电路的电源电压需要恒定吗?是否能够实现智能化节能调整?这又取决于什么样的运行条件?“一直在线”的连接状态对于电源管理最佳方案意味着什么?只有对这些问题有了深入了解,产品设计师才有希望将系统的能耗降至最低。而且,电池寿命是消费者选择的一个关键的决定性因素,所以开发出一套最优能源管理系统对于赢得消费电子设备市场至关重要。

值得一提的是我们通常谈及的“电源管理”,实际上是“能源管理”——能源消耗是功耗和时间的产物。很显然,独立电路的通电时间会对电池续航能力产生重要影响,同时各项功能上电、断电顺序以及排序的速度都会对电池续航产生影响。在许多情况下,一个处理器所需要的峰值电流会高达平均电流的10倍。电源管理电路将峰值电流管理地越好,使其持续时间保持在所需的最小值,那么该系统的总体能源管理就越有效。

试图管理一台智能手机、平板电脑或者其它便携电子产品所有可能的运行情景,是一件非常复杂的事情,带有独立数字控制器的分立模拟电源管理元件已不再可行。这种方法从物料清单成本、产品装配和耗费电路板空间等方面来看成本太高,并且它不能够提供一个专用的电源管理芯片(PMIC)的性能或功能。

设想一下:在一个高度仅有1mm的单体8x8mm BGA封装中,PMIC制造商们现正在将多个多模的DC/DC转换器封装在一起,它们中的一些可以并联起来,可提供超过14A的总电流。它们集成了多个低压差线性(LDO)稳压器、多个通用输入输出(GPIO)引脚、用于RGB LED的脉宽调制(PWM)驱动器、电源和电源轨开关、系统级监控以及显示时钟。目前一些先进的器件拥有6MHz或者更高的开关频率,还可有助于将外部电感器的尺寸减至最小。相比之下,分立电路很少能够高效地超过1MHz。这些PMIC也可有一个宽泛的输入电压,一块单芯锂离子电池或USB接口电源均可使其运行。

Charles Limonard,Dialog半导体公司产品营销经理
Charles Limonard,Dialog半导体公司产品营销经理

也许对于系统设计师最为重要的是:当今的高集成度器件还带有直观的软件工具,可以用来进行试验并对供电排序和控制的快速优化,以及创造产品差异化的机会。而相同的工具可以用来设置动态电压范围,这样模拟电路为了实现高性能而只提供需要的电压。这种能源管理的复杂程度在十年前也是无法想象的,但是如果没有它,当今的许多消费者只好靠一个非常笨重的电池来使其最新玩意儿保持运行,抵消了这些设备重要的便携性。

处理器技术的发展以及引入集成化、系统级、将能耗降至最低的方法,使产品上市时间、产品尺寸、成本、性能、可靠性和续航能力等都得到了极大的提高。对于一台真正的智能手机,充一次电可使用一周的时间将不再是梦想……我们正致力于实现它。

Charles于2012年早期加入Dialog。他在电子领域内拥有超过18年的经验,并且在恩智浦(NXP)和飞利浦半导体(Philips Semiconductor)都曾担任过高级别的职务。他现工作于英国,Charles在荷兰乌特勒支应用科技大学(Hogeschool van Utrecht)获得电子工业理学学士学位。