PMIC:一颗芯片解决多重问题的强大能力:探究功率管理集成电路的功能与应用领域
0 2023-11-27
1、什么是PMIC

Power Management Integrated CircuitPMIC中文是电源管理集成电路,主要特点是高集成度,将传统的多路输出电源封装在一颗芯片内,使得多电源应用场景高效率更高,体积更小

PMIC 是当今电子设备中不可或缺的关键元件,它以其卓越的性能和多功能性为各种设备提供电源,从移动电话和智能手表到汽车和工业设备。PMIC不仅为电子设备提供电源,还在电源管理领域引领着新的趋势,以适应不断增长的电子市场需求。

在CPU系统中,我们经常用到的PMIC。如机顶盒设计,智能语音音箱设计,大型工控设备设计等。


机顶盒中的PMIC


现代电子设备通常需要多种电压和电流水平,以满足各种电子元件的需求。这些电子元件可能在同一设备内以不同的电压工作,因此需要一个有效的电源管理系统来协调和分发电能。此外,电子设备通常需要在不同的操作模式下(如待机、活动、休眠等)动态调整电源电压和电流,以提高效率和延长电池寿命。


PMIC的一些基本功能:


电源管理:PMIC负责分发电能到设备的不同部分,以满足各个模块的电源需求。

电压调整:PMIC可以调整输出电压,以适应不同负载和操作模式。

电流调整:PMIC还可以调整输出电流,以满足不同负载需求。

电池管理:对于依赖电池供电的设备,PMIC负责电池充电、保护和状态监控。

时钟生成器:PMIC还可以提供设备所需的时钟信号,以同步各个模块的操作。


2、PMIC芯片实例


芯智汇,成立于2009年,主要从事高性能模拟芯片设计和系统技术支持服务,是国内领先的电源芯片和模拟器件供应商,目前主要产品包括电源管理单元、电池管理单元、音频编解码器、接口单芯片方案等。

电源管理芯片主要为AXP系列,包括AXP152、AXP155、AXP192、AXP228、AXP288、AXP2402、AXP2585、AXP2601、AXP15060。AXP系列芯片被广泛应用在平板电脑、2合1平板电脑、电视盒子、行车记录仪、运动DV、无线存储设备、智能硬件、手持支付终端、电子书、微型投影仪等产品中。

芯智汇有一些专门针对平板电脑的解决多电源解决方案


AXP15060支持23个通道电源输出,包含6路开关电源,以及N多的LDO

一颗芯片解决N多问题,通过这样的产品组合极具性价比和集成度:

  1. 高度集成:AXP15060集成了多种功能模块,包括电池充电管理、电源管理、电池保护、系统监控等,实现了在紧凑空间内高度集成的设计,有助于简化电路板布局和减小系统体积。

  2. 高效电池充电:支持多种电池充电模式,包括恒流充电和恒压充电,可根据电池类型和需求选择合适的充电模式,提高充电效率并延长电池寿命。

  3. 多种电源输出:AXP15060提供多个独立的电源输出通道,包括固定电压输出和可编程电压输出,满足不同设备的电源需求,提供灵活的电源供应解决方案。

  4. 电池保护功能:集成了多种电池保护功能,如过电流保护、过温保护、过放电保护等,有效保护电池安全并延长电池寿命。

  5. 系统监控:内置系统监控功能,可实时监测电池状态、输入电压、输出电压等关键参数,提供实时反馈和保障系统稳定性。

  6. 低功耗设计:AXP15060采用先进的低功耗设计,有助于降低整体系统功耗,提高电池续航时间,适用于对功耗要求较高的便携式设备。

总体而言,AXP15060作为一款高度集成、功能丰富的PMIC,为便携式电子设备提供了可靠的电源管理解决方案,具有高效充电、多种电源输出、电池保护和系统监控等特点,适用于各种移动设备的设计和应用。

硬十开发了一块基于AXP15060的评估板,后续给大家做测评。

AXP152是一颗出自芯智汇的高集成度PMIC,主要应用于数码相机,机顶盒,网络设备,监控设备等产品。AXP152集成了一个自适应和usb兼容的PWM充电器,四个降压转换器(Buck DC-DC转换器),七个LDO。它还具有保护电路,如过压/欠压保护(OVP/UVP),过温保护,过流保护(OCP),保证电源系统的安全性和稳定性。


AXP152 的封装是5x5 40-pin QFN封装。如下图。




此外,AXP152还包括一个两线串行接口(TWSI),CPU通过它能够启用/禁用某些功率输出,编程电压以减少功率损耗,从而提供更加完善的电源管理。


AXP152内部框图


通过上面的结构框图,我们可以看到PMIC内部有个大的逻辑控制单元,所有的DC-DC和大部分LDO受逻辑模块控制,只需要通过配置TWSI接口,更改相应的配置寄存器即可控制DC-DC和LDO的输出,寄存器的配置手册我们可以参考datasheet。


另外AXP152的TWSI接口的SCK/SDA管脚在芯片内部已经都上拉了,所以主设备(CPU)可以通过这个接口灵活监控和配置。


下图是4路DC-DC的对比图。


4路DC-DC


可以看到4路DC-DC的输出电压都是可调的,可调区间在0.7到3.5V,能够满足大部分最小系统的供电需求,如CPU供电是3.3V,EMMC供3.3V或者1.8V电,DDR供1.25到1.35V的电。这几组DC-DC都是可以满足的。


DC-DC1和3的调压精度是50mV/step,DC-DC2和4的调压精度是25mV/step,若系统需要较高的电压精度调节,则可以用精度为25mV/step的DC-DC。


下图是7路LDO的对比图。


7组LDO


这7组LDO一般供给系统的外设用,如SRAM或PLL供电,WiFi蓝牙模块供电,控制电路供电,驱动电路供电,传感器供电,外围接口供电等,输出的电压是0.7V-5V之间,使用的时候主要注意输出电流的大小,功耗相对较大的外设若PMIC的LDO不能满足,应该外接DC-DC或者LDO提供供电。

这几组LDO中ALDO1/2和GPIOLDO都是低噪声的LDO,模拟电路供电应该接到这几路低噪声的LDO。

所有的DC-DC和LDO支持自监测和限流功能,当负载电流超过驱动能力时,为了保护内部的电路,所有的输出电压将会降低。当DC-DC输出电压低于85%的设定电压时,PMIC将会自动关闭。


应用框图



应用中,我们通过CPU的I2C接口连接AXP152的TWSI接口,另外需要给使能信号和复位信号,可以看到,对于每一路DC-DC,使用时只需要看成是分立的DC-DC去配置就行了。


输出电容建议使用10uF X7R的低ESR陶瓷电容,当输出电压高于2.5V时,建议用一个3.3uH的功率电感。另外,电感的饱和电流应该比电路最大的需求电流大50%以上。

3、PMIC的未来趋势


PMIC技术一直在不断发展和创新,以满足不断增长的电子市场需求。以下是PMIC领域的一些未来趋势:

1. 更高的集成度

未来的PMIC将进一步提高集成度,将更多功能集成到单个芯片上,以减小尺寸、提高效率和简化设计。

2. 更高的效率

随着能源效率的重要性不断增加,PMIC将继续提供更高效率的电源管理,减少能源浪费。

3. 电源密度的增加

PMIC将在不增加尺寸的情况下提供更高的电源密度,以满足高性能设备的需求。

4. 更智能的电源管理

未来的PMIC将借助先进的数字信号处理和算法,实现更智能的电源管理。

有芯智汇PMIC相关采购需求、技术支持、业务咨询

可以联系深圳硬十邓经理



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