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确保物联网的计算能力 适用于应用处理器的高效电源

2020年04月28日 作者 cts

我们的地球将变得更加智能:在日常生活中,越来越多的产品搭载电子处理器——凭借这些器件的性能,我们的生活变得更加轻松。那么,我们应如何通过更好、更有效的方式为众多处理器供电呢?

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物联网、智能家居、智能城市...很长一段时间内,许多人认为这都是空想。然而,毋庸置疑,越来越多的具体应用场景已经走进我们的生活,或者将在我们的日常工作中锋芒毕露。

物联网和相关主题的关键在于连接性:不管是家用恒温器还是汽车,各种设备都相互连接,而且彼此通信或与云端通信。数据吞吐量和传输速率的提高意味着我们需要新技术,比如5G等。此外,我们不能忘记另一个事实:如果计算能力不够,那么设备的功能以及连接性就无法实现。

正确的处理器

如今,设备必须搭载应用处理器才能实现更多功能。连接云端或其他设备是其任务之一,但是与用户通信尤其需要较强的算力:高质量的视频、2D和3D图形以及语音控制都需要采用更先进的处理器。

NXP? Semiconductors(以下简称“恩智浦公司”)i.MX 8M Mini系列就是这种处理器。为了获得更合适的指令/瓦数,恩智浦公司i.MX 8M Mini集成了多达四个1.8GHz的Arm? Cortex? A53内核,以及一个400MHz的Arm Cortex M4。

i.MX 8M Mini系列支持1080p视频处理、2D/3D图形、高级音频功能和各种高速接口。这使得它们成为各种消费应用和工业应用的理想选择。

电源

仅选择适当的处理器是不够的。您还必须为这些器件提供电源。电源设计通常是一项具有挑战性的任务:处理器需要各种不同的高精度电源电压,这些电源电压全都必须经过精确排序才能启动或关闭处理器。此外,存储器和各种外围器件也需要电源。当然,您可以使用许多单个稳压器,然而,电路板的空间通常非常有限而且器件的上电顺序可能非常复杂。

显然,此问题的解决方案就是使用电源管理IC(PMIC)。适当的PMIC能够在很小的空间内整合各种电源,减少所需的外部组件数量,为功能丰富的应用提供更多辅助功能,并且集成了电源排序功能。与单个稳压器加控制逻辑相比,PMIC是一种效率更高的解决方案。

为了充分利用PMIC的优势,我们得针对相应的处理器进行定制。比如,罗姆的全新BD71847AMWV就针对恩智浦公司的i.MX 8M mini应用处理器进行了优化。

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图1

罗姆的解决方案

该PMIC集成了i.MX 8M mini应用处理器、DDR存储器和常见系统I/O所需的所有电源:六个DC/DC降压稳压器,六个LDO和一个用于SDXC卡的1.8V/3.3V电源开关。此外,该PMIC还配备了一个可支持各种应用场景的可编程电源控制时序器。客户可以通过OTP配置和/或通过软件对许多工作参数(比如输出电压、转换速率、电源状态转换、复位行为等)进行配置。该PMIC还具有广泛的监视和保护电路,这使其性能更加完善。

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图2

这些功能全都集成在一个紧凑的56脚7mm x 7mm QFN封装中。该引脚布局旨在轻松与恩智浦公司i.MX 8M mini处理器以及DDR存储器相连接。由于完全集成的多个降压稳压器只需一个输出电容,因此实现了更小巧的BOM。与分立解决方案相比,通过集成所有必需的组件,该PMIC的组件减少了约52%,PCB面积减少了多达53%(单面贴装的三类PCB)。如果是双面贴装,电路板面积可降至300mm2以下。该PMIC的输入电压范围为2.7V到5.5V,且可支持多种电源电压,比如单节锂离子电池、USB输入和电源等等。

BD71847AMWV具备为整个系统供电的能力,其内置的六个完整DC-DC降压转换器可提供16.5A的电流,六个LDO可提供超过1.1A的电流。凭借脉冲宽度自动选择和脉冲频率调制功能,该芯片可在较宽的输出电压和负载范围内实现高效功率转换。各种降压稳压器均使用集成电源开关,开关频率为2MHz/1.5MHz,因此可以使用薄型电感。其输出电压可以在很宽的范围内进行编程,并且两个降压稳压器均采用现代SoC要求的动态电压缩放(DVS)工作方式,以实现处理器更出色的单任务能耗性能。经过优化,该芯片的电源架构允许LDO稳压器以同类更优异的总效率提供能量,从而实现最长的工作时间和更优异的散热性能表现。各种LDO稳压器均具有可编程输出电压,并可提供300mA的电流输出能力。

BD71847AMWV还集成了一个可配置的电源时序器,可对其12个开关稳压器/线性稳压器的启动时序进行编程,包括根据SoC的要求调节其输出电压。处理器的电源模式转换通过握手I/O接口和可编程电源按钮触发。器件中多功能单刀开关电源按钮的行为可通过I2C接口在广泛的范围内进行编程。该接口的输入耐压范围较宽,不需要电平转换器。该接口还可用于修改电气性能,比如输出电压、DVS斜率(如适用)、工作模式等。为确保系统安全,该PMIC还包含一个32.768kHz晶振驱动器和一个看门狗定时器。

罗姆还提供了一个开发环境,以帮助用户轻松评估BD71847AMWV。恩智浦公司i.MX 8M mini评估套件中已嵌入电源管理IC BD71847AMWV,相应的驱动器也已集成到评估套件的板级支持包中。

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图3


功能特点:

- 输入电压范围:2.7V至5.5V

- 6个可编程快速开关DC/DC降压转换器

- 6个通用LDO

- 用于高速SDXC卡的1.8V/3.3v电源多路复用器

- 低成本BOM——同时解决元件容差、偏置和热劣化以及老化等问题

- 可实现更低功耗、改良工作时间和更优异散热性能的优化电源架构  

- OTP可配置、软件可编程电源控制时序器

- 与i.MX 8M Mini兼容的电源控制硬件边带信令

- 单刀多功能电压按钮功能

- 32.768kHz晶振驱动器

- 广泛的保护功能(软启动、电源轨错误检测、过压保护、过流保护等)

- 电源电压容限I2C I/F(最大1 MHz)

 

说明:

图1:罗姆全新PMIC为恩智浦公司i.MX 8M mini处理器提供更出色的供电方式

图2:BD71847AMWV在单个芯片上集成了系统所需的各种电源

图3:恩智浦公司i.MX 8M mini评估套件中已嵌入电源管理IC BD71847AMWV

【关于罗姆(ROHM)】

罗姆(ROHM)成立于1958年,由最初的主要产品-电阻器的生产开始,历经半个多世纪的发展,已成为全球知名的半导体厂商。罗姆的企业理念是:“我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难,都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品,并为文化的进步与提高作出贡献”。

罗姆的生产、销售、研发网络遍及世界各地。产品涉及多个领域,其中包括IC、分立式元器件、光学元器件、无源元器件、功率元器件、模块等。在世界电子行业中,罗姆的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许,成为系统IC和最新半导体技术方面首屈一指的主导企业。

【关于罗姆(ROHM)在中国的业务发展】

销售网点:最早于1974年成立了罗姆半导体香港有限公司。在1999年成立了罗姆半导体(上海)有限公司, 2006年成立了罗姆半导体(深圳)有限公司,2018年成立了罗姆半导体(北京)有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求,罗姆在中国构建了与总部同样的集开发、销售、制造于一体的一条龙体制。作为罗姆的特色,积极开展“密切贴近客户”的销售活动,力求向客户提供周到的服务。目前在全国共设有19处销售网点,其中包括香港、上海、深圳、北京这4家销售公司以及其15家分公司(分公司:大连、天津、青岛、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、重庆)。并且,正在逐步扩大分销网络。

技术中心:在上海和深圳设有设计中心和QA中心,在北京设有华北设计中心,提供技术和品质支持。设计中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员,可以从软件到硬件以综合解决方案的形式,针对客户需求进行技术提案。并且,当产品发生不良情况时,QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。

生产基地:1993年在天津(罗姆半导体(中国)有限公司)和大连(罗姆电子大连有限公司)分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器和光学传感器的生产,在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感器、光学传感器的生产,作为罗姆的主力生产基地,源源不断地向中国国内外提供高品质产品。

社会贡献:罗姆还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作,积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议,积极地展开关于电子元器件尖端技术开发的产学联合。2008年,在清华大学内捐资建设“清华-罗姆电子工程馆”,并已于2011年4月竣工。2012年,在清华大学设立了“清华-罗姆联合研究中心”,从事光学元器件、通信广播、生物芯片、SiC功率器件应用、非挥发处理器芯片、传感器和传感器网络技术(结构设施健康监测)、人工智能(机器健康检测)等联合研究项目。除清华大学之外,罗姆还与国内多家知名高校进行产学合作,不断结出丰硕成果。

罗姆将以长年不断积累起来的技术力量和高品质以及可靠性为基础,通过集开发、生产、销售为一体的扎实的技术支持、客户服务体制,与客户构筑坚实的合作关系,作为扎根中国的企业,为提高客户产品实力、客户业务发展以及中国的节能环保事业做出积极贡献。

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