現今的電源管理 IC 將多軌降壓、升壓和 LDO 穩壓功能與每個(gè)電軌的參數，以及與其他電軌間交互的復雜可配置能力整合在一起。
經(jīng)驗豐富的電路設計人員都清楚，穩定、準確、高效的直流 (DC) 供電軌是實(shí)現系統可靠、一致運行的必要條件。通常由 DC/DC 開(kāi)關(guān)穩壓器（轉換器）和低壓降穩壓器 (LDO) 組合提供各種電壓，每一個(gè)穩壓器都與其所支持的電軌的特定電壓、電流、精度、噪聲、瞬態(tài)響應以及其他需求相匹配。
與此同時(shí)，設計人員還清楚，即使單獨適用，一組獨立的 DC 電軌也不足以滿(mǎn)足當今設計的復雜要求。從系統角度來(lái)說(shuō)，在相鄰的物理位置使用 4 個(gè)、6 個(gè)或更多個(gè) DC 電軌并不罕見(jiàn)。由于使用了大量電軌，單獨以及按組管理這些電軌至關(guān)重要，以便確保滿(mǎn)足定時(shí)、時(shí)序及相互關(guān)系的需求（圖 1）。
圖 1：當今的系統使用由升壓、降壓和 LDO 穩壓器提供的多個(gè)直流電軌陣列，雖然它們有獨立的輸出，但操作需要配置，而且輸出在一定程度上也必須根據應用的特定需求進(jìn)行協(xié)調。
這時(shí)，電源管理集成電路 (PMIC) 就要發(fā)揮重要作用。顧名思義，這個(gè)組件管理著(zhù)多個(gè)電軌，并編排電軌之間的交互，以滿(mǎn)足系統的特定需求。盡管早一代的 PMIC 主要管理其他 DC/DC 穩壓器，但當今的 PMIC 則與多個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器和 LDO 集成在同一封裝內。當然，這種集成具有許多顯著(zhù)的優(yōu)勢，包括縮小整體尺寸、減少所需無(wú)源組件以及實(shí)現各種電軌之間緊密的功能聯(lián)系。此外，最新一代 PMIC 在設計方面還具有高度可配置性，以便根據其所驅動(dòng)系統的優(yōu)先級調整操作。
應用推動(dòng) PMIC 的需求
每個(gè)電子產(chǎn)品都有一個(gè)電源以及一個(gè)或多個(gè) DC 電軌。盡管許多應用在一定程度上具有類(lèi)似的優(yōu)先級，但優(yōu)先級的排序及其相對權重決定了這些應用的差異。就單個(gè) DC 電軌管理以及這些電軌之間的關(guān)系、定時(shí)和操作要求而言，不存在同時(shí)滿(mǎn)足所有情況的最優(yōu) PMIC 解決方案。
例如，用于傳感和驅動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設備可能處于近乎連續的上電狀態(tài)，位于遠程位置，使用電池供電或者使用某種形式的能量采集設備供電。由于給定設施（辦公室、工廠(chǎng)）的多個(gè)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設備都位于遠程位置，因此確保長(cháng)期的性能一致性至關(guān)重要。相比之下，對于消費類(lèi)電子產(chǎn)品，這主要涉及最大化運行時(shí)間和電池使用壽命，以及采用小型封裝，但超小型封裝可能不太易用。對于可穿戴設備，優(yōu)先考慮因素包括低靜態(tài)電流、高效率和超緊湊的外形。
因此，良好的 PMIC 首先需具備一組滿(mǎn)足應用需求的降壓、升壓和 LDO 轉換器。對于更高級的情況和更高性能，如果 PMIC 可以提供 DC 軌道，并允許設計人員定制 PMIC 的性能細節，以匹配應用的優(yōu)先級，那么設計人員可從中受益。這些 PMIC 也面臨難免要做出取舍決策的設計現實(shí)。評估和解決這些沖突是設計人員面臨的固有挑戰。
圖 2：Qorvo ACT81460 是一款集成度高的低功耗多軌 PMIC，無(wú)需任何外部有源元件即可工作。
從基本的可配置 PMIC 開(kāi)始
即使是基本的 PMIC 也可以提供增強系統性能和簡(jiǎn)化設計的功能和特性。例如，Qorvo ACT81460 的輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.8V，并且包含 1 個(gè)線(xiàn)性電池充電器、4 個(gè)帶集成功率場(chǎng)效應晶體管 (FET) 的 DC/DC 轉換器、3 個(gè) LDO 和 3 個(gè)負載開(kāi)關(guān)（）。其中 2 個(gè) DC/DC 轉換器為降壓穩壓器，1 個(gè)為升壓/降壓穩壓器，而第 4 個(gè)為高壓升壓穩壓器（能夠提供高達 20V 電壓）。每個(gè)穩壓器都可通過(guò)其 I2C 接口配置較寬范圍的輸出電壓。
此類(lèi) PMIC 不僅可以實(shí)現高度集成，還具有可配置的電源時(shí)序組合、啟動(dòng)定時(shí)、輸出電壓設置、故障監測、中斷控制、可編程 GPIO 選項等諸多特性。通過(guò) I2C 接口，可使用固件進(jìn)一步調整預先配置的出廠(chǎng)默認配置設置。
3 個(gè)負載開(kāi)關(guān)形成了一個(gè)有趣的附加功能�？墒褂闷浯蜷_(kāi)或關(guān)閉供電軌，為可關(guān)閉的系統負載創(chuàng )建一個(gè)功率孤島。無(wú)需使用這些負載時(shí)，可最大程度地降低功耗。此外，每個(gè)負載開(kāi)關(guān)都可整合到 PMIC 的啟動(dòng)時(shí)序中，同時(shí)支持可編程的打開(kāi)和關(guān)閉延遲時(shí)間。ACT81460 還可通過(guò) 20V 輸入電壓阻斷能力和啟動(dòng)時(shí)涌浪電流控制的組合，處理熱插拔事件。
對于更高級的情況和更高性能，如果 PMIC 可以提供 DC 軌道，并允許設計人員定制 PMIC 的性能細節，以匹配應用的優(yōu)先級，那么設計人員可從中受益。
進(jìn)一步優(yōu)化高級 PMIC
為滿(mǎn)足當今系統更復雜的需求，PMIC 必須加大其輸出范圍，提升其原始 DC 性能，改進(jìn)其附加功能，并提高用戶(hù)定義的靈活性。此外，它們必須將這些增強與更高級別的功能集成整合在一起，以減少電源管理功能的總占用面積。
了解到這一挑戰后，Qorvo 開(kāi)發(fā)了一系列高度集成的可配置創(chuàng )新電源 (CiPS™) 解決方案，作為一種智能片上系統 (SoC)，通過(guò)消除大多數外部元件精簡(jiǎn)設計流程和最終設計硬件。該解決方案最終提高了設計效率和靈活性，大大縮小了占用面積，降低了物料清單 (BOM) 中的成本，提高了系統性能和可靠性，并縮短了上市時(shí)間。
ActiveCiPS™ 系列中的每個(gè)設備都可以通過(guò) I2C 接口或非易失性配置矩陣進(jìn)行配置。
可根據應用進(jìn)行調整的諸多參數包括：
• 輸出電壓電平。
• 上電/關(guān)斷時(shí)序
• 時(shí)序開(kāi)關(guān)延遲時(shí)間
• GPIO 配置：軟/硬復位、中斷、面向外部供電軌的可配置時(shí)序/控制、LED 散熱器
• 不斷變化的 IC UVLO 和 OVLO 閾值
• 調整 DVS 配置設置
• 設置交換機 Fsw
• LDO1 模式設置 — LDO/負載開(kāi)關(guān)
• 多個(gè)睡眠模式
例如：ACT88329 PMIC 具有 4 個(gè)使用集成功率 FET 的 DC/DC 降壓轉換器（其中 1 個(gè)具有旁路功能），以及 2 個(gè) LDO；每個(gè)穩壓器都可以配置較寬范圍的輸出電壓（圖 3）。此外，還可通過(guò) I2C 接口配置（甚至重新配置）其他功能，如啟動(dòng)時(shí)間、系統級時(shí)序、開(kāi)關(guān)頻率、睡眠模式和工作模式，且無(wú)需更改電路板。ActiveCiPS™ PMIC 用戶(hù)希望通過(guò) USB-to-I2C 電子狗和 GUI 快速建立甚至更改其設計設置，以?xún)?yōu)化其特定設計的性能，而簡(jiǎn)易可配置性是其中的一個(gè)關(guān)鍵因素（圖 4）。
圖 3：Qorvo ACT88329 PMIC 支持配置關(guān)鍵穩壓器功能、時(shí)序、開(kāi)關(guān)頻率以及其他工作模式，以?xún)?yōu)化系統級性能。
圖 4：設計人員可以使用各種參數配置來(lái)評估性能，然后使用 Qorvo 提供的 GUI 和連接到 ACTIVECiPS™ PMIC 的 PC 輕松地進(jìn)行重新配置，以實(shí)現性能優(yōu)化。
這款小巧的 36 引腳 WLCSP 封裝 (2.7mm x 3 mm) 設備結合了高集成度和 I2C 可配置性，使整體解決方案的占地面積約為分立式替代解決方案的三分之一，并大大減少了 BOM（圖 5）。
圖 5：使用 ActiveCiPS™ PMIC 系列設備的另一個(gè)好處就是高度集成，占用面積遠小于功能類(lèi)似的分立式方案。
評估套件，GUI 整合一切
將可配置設備融入設計會(huì )引發(fā)兩個(gè)相關(guān)問(wèn)題。對于固定功能的設備，僅數據表即可定義操作參數和包絡(luò )，但設計人員必須確定最佳設置，然后在這種情況下實(shí)現可配置設備的這些值。為簡(jiǎn)化此流程，Qorvo 為其 ActiveCiPS™ PMIC 系列提供了評估套件和編程電子狗。其中包括設置、調整和評估 PMIC 在給定應用中的性能所需的所有硬件、軟件以及鉤子。
以 ACT88329 PMIC 及其評估套件為例。這款采用 30 引腳 WLCSP 封裝的 2.18mm x 2.58 mm 設備經(jīng)過(guò)優(yōu)化，不僅適用于固態(tài)硬盤(pán) (SSD) 和現場(chǎng)可編程柵極陣列 (FPGA) 應用，還非常適合視頻處理器、FPGA、可穿戴設備、外設以及微控制器（圖 6）。
圖 6：您可以借助 ActiveCiPS TM 電子狗調試您的設計，并現場(chǎng)更改板上的 PMIC 默認設置。
ACT88329 包括 3 個(gè)使用集成功率 FET 的 DC/DC 降壓轉換器和 2 個(gè) LDO。Buck1 和 LDO1 可配置為負載開(kāi)關(guān)。Buck1 是峰值電流模式的固定頻率 DC/DC 降壓轉換器，并且針對接近輸入電壓的輸出電壓進(jìn)行了優(yōu)化�？蓪㈤_(kāi)關(guān)頻率設置為 1.125MHz 或 2.25MHz，并且只需三個(gè)小元件即可工作。Buck2 和 Buck3 采用異步恒定導通時(shí)間控制架構，可使用較小的輸出電容優(yōu)化負載瞬態(tài)響應。兩個(gè) LDO 都只需要使用小型陶瓷電容。
配置這款靈活的多功能設備涉及檢查和表征多個(gè)參數。
配置這款靈活的多功能設備涉及檢查和表征多個(gè)參數。使用相應的 ACT88329EVK1-101 評估套件可大大簡(jiǎn)化這項任務(wù)（圖 7）。使用該套件只需要幾個(gè)標準的工程項目。（如果您沒(méi)有電子負載，則功率水平足夠低（大約幾十瓦），可以使用傳統的電阻負載，但電子負載更具多功能性）。以下是所需的一切：
• 隨附的 USB-to-I2C“電子狗”
• 電源（滿(mǎn)功率運行時(shí)為3.3V/4A）
• 示波器（100MHz，雙通道）
• 電子或電阻負載（3A 最小電流能力）
• 數字萬(wàn)用表 (DMM)
• Windows 兼容計算機，帶有可用的 USB 端口
圖 7：使用 ACT88329EVK1-101 評估套件來(lái)運用 ACT88329 PMIC 需要標準的工作臺儀表以及套件隨附的 USB-to-I2C 接口電子狗。
基于 PC 的 GUI 以基本模式開(kāi)始，用戶(hù)可輕松更改 1 個(gè)或多個(gè) IC 設置（圖 8）。
圖 8：Qorvo 提供的基于 PC 的 GUI 配備易于使用的屏幕，比如這個(gè)用于開(kāi)始配置流程的基本屏幕。
基本模式之后就是高級模式，設計人員可查看所有可用的用戶(hù)可編程選項（圖 9）。
圖 9：GUI 的后續屏幕可用于更深入地了解可配置選項。
通過(guò)使用評估套件布局，設計人員可以設置、評估和修改這些 PMIC 的許多工作參數和模式，如電軌之間的時(shí)序（圖 10）。該套件還可簡(jiǎn)化品質(zhì)因數的測量，如各種條件下的效率，這對滿(mǎn)足運行時(shí)和散熱目標至關(guān)重要（圖 11）。
圖 10：通過(guò)使用評估套件和相關(guān)儀表，設計人員可以配置、評估和重新配置關(guān)鍵參數，如各種供電軌的相對時(shí)序。
圖 11：評估套件還簡(jiǎn)化了重要性能指標的測量，如在不同工作條件下各種 PMIC 電軌的效率，圖中所示為 ACT88329 PMIC 的 Buck1 和 Buck2。
如果設計人員想使用該套件作為自己實(shí)現方案的起點(diǎn)，EVK 用戶(hù)指南還提供了完整的原理圖、BOM 及其 PC 板的四層布局。
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