在電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，便攜式產(chǎn)品是發(fā)展最迅速，也是最活躍的應(yīng)用之一。便攜式產(chǎn)品在處理能力上不斷提高，越來(lái)越多的新功能不斷出現(xiàn)。以手機(jī)為例，當(dāng)今的智能手機(jī)主芯片處理能力幾乎接近個(gè)人電腦，各種商務(wù)、娛樂(lè)、多媒體，以及GPS功能都可以通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)。此外，便攜產(chǎn)品也越來(lái)越注重用戶(hù)使用體驗(yàn)。便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)者，不斷提高產(chǎn)品在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)上的表現(xiàn)，并且不斷地提高產(chǎn)品的易用性，令使用者感覺(jué)產(chǎn)品的功能不斷增多，但使用卻更加簡(jiǎn)單。便攜式電子產(chǎn)品對(duì)模擬芯片功能的幾個(gè)基本訴求卻一直沒(méi)有改變，比如支持越來(lái)越高質(zhì)量的音視頻用戶(hù)體驗(yàn)、更小的方案尺寸、更長(zhǎng)的電池工作時(shí)間等等。這些基本訴求對(duì)電源管理和音視頻解決方案產(chǎn)品在性能、效率以及集成度方面不斷提出新的挑戰(zhàn)。

　　電源管理芯片（PMIC）概念

　　今天的電源管理芯片（PMIC）已經(jīng)不只是簡(jiǎn)單的電源輸出路數(shù)的疊加，而是根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求，對(duì)各種模擬功能的有選擇的整合。通常在便攜試電子產(chǎn)品中模擬功能包括：常規(guī)的電源轉(zhuǎn)換電路如LDO、Buck、電池管理。特殊的電源管理如LED驅(qū)動(dòng)、RF專(zhuān)用的電源控制。還包括音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換以及傳感器管理等。下圖中各種組件都可以根據(jù)需要集成到電源管理芯片當(dāng)中。

　　要發(fā)展性能出色的電源管理芯片，必須先具備經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的構(gòu)成組件，通常稱(chēng)之為IP或者Building Block。任何沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP第一次放在高集成度的PMIC中，都增加了潛在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。因此美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體一直堅(jiān)持并行的發(fā)展分立模擬芯片和高集成度芯片，包括分立LDO、DC/DC、充電器、LED驅(qū)動(dòng)器、RF以及各種音頻產(chǎn)品，并且不斷提高其性能。這些分立產(chǎn)品一直具有廣泛的應(yīng)用需求，在這些經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的分立芯片的基礎(chǔ)上我們能夠根據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)合快速地開(kāi)發(fā)出各種高集成度的PMIC。

　　豐富的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP，是發(fā)展PMIC的基礎(chǔ)。而發(fā)展PMIC更需要目標(biāo)應(yīng)用的深入理解包括：系統(tǒng)構(gòu)架，應(yīng)用需求，應(yīng)用特性等等。不同的便攜式產(chǎn)品的系統(tǒng)構(gòu)架，功能需求千變?nèi)f化，無(wú)論是相對(duì)高集程度的，還是相對(duì)分立的解決方案。對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)合適的才是最好的。以手機(jī)應(yīng)用為例，客戶(hù)不同的系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計(jì)需求決定了對(duì)不同PMIC的需求。我們可以把PMIC分為支持基帶子系統(tǒng)的基帶PMIC和支持應(yīng)用處理器子系統(tǒng)的AP PMIC兩大類(lèi)。 而不同的基帶芯片和應(yīng)用處理器對(duì)PMIC需求又不盡相同。

　　PMIC的集成度和靈活性一定會(huì)存在矛盾。不可能有一款PMIC適合所有不同的設(shè)計(jì)。所以分離電源方案一定會(huì)長(zhǎng)期存在。至于哪些構(gòu)件適合采用PMIC或者分離器件，其實(shí)并沒(méi)有固定的規(guī)律，而是由具體設(shè)計(jì)來(lái)決定。在目前大部的設(shè)計(jì)者希望PMIC集成那些和主芯片組相關(guān)的供電功能（DC/DC， LDO等），以及一些常規(guī)存在功能（充電器、比較器 RTC等）。而那些和產(chǎn)品個(gè)性設(shè)計(jì)相關(guān)的功能如燈光管理、閃光燈驅(qū)動(dòng)等，顯然由分立方案實(shí)現(xiàn)更加合適。而從成本的要求出發(fā)，一些深入定制的客戶(hù)化PMIC，可以將系統(tǒng)芯片組以外的模擬功能盡可能地集成。

　　圖1： 電源管理芯片應(yīng)用及構(gòu)成

　　電源管理芯片（PMIC）面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　如何提高系統(tǒng)用電效率，降低功耗始終是PMIC的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。目前所有基于不同電源管理拓?fù)涞男酒识紟缀踹_(dá)到了極限。系統(tǒng)的用電效率已經(jīng)不能單純靠提高電源轉(zhuǎn)換效率得到很大的改善。提高效率的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，已經(jīng)從電源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過(guò)渡到了負(fù)載環(huán)節(jié)。如何最聰明的讓負(fù)載盡量減少不必要的耗電，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前最常見(jiàn)的這類(lèi)技術(shù)是動(dòng)態(tài)電壓管理技術(shù)（DVS）。 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體擁有非常獨(dú)特的自適應(yīng)電壓管理（AVS）技術(shù)。與基于簡(jiǎn)單的“查找表”的DVS技術(shù)不同，我們的AVS技術(shù)是將一部分檢測(cè)電路植入主芯片中，這部分電路對(duì)主芯片的工作頻率、環(huán)境溫度，以及芯片制成等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)，并指示電源管理芯片輸出最優(yōu)化的電壓。通過(guò)該技術(shù)可以節(jié)省高達(dá)60%的用電。另外，我們還有針對(duì)RF PA的節(jié)電方案 （RF Power），可以讓系統(tǒng)根據(jù)RF PA的實(shí)際功率輸出等級(jí)，動(dòng)態(tài)地調(diào)整供電電壓，以很大程度的節(jié)省RF PA的功耗。

　　此外很多模擬產(chǎn)品越來(lái)越智能，我們?cè)谄渲性黾恿撕芏嘧詣?dòng)調(diào)節(jié)和控制的功能，減少對(duì)主芯片的依賴(lài)。比如LED燈光管理芯片，內(nèi)部集成了SRAM，可以根據(jù)預(yù)先編程對(duì)LED驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，不需要占用CPU資源。再比如背光驅(qū)動(dòng)芯片具有環(huán)境亮度傳感器接口，驅(qū)動(dòng)芯片可以根據(jù)環(huán)境亮度自行調(diào)整背光亮度，不需要令CPU處在實(shí)時(shí)輪訊狀態(tài)，這些設(shè)計(jì)也從一定程度上降低了系統(tǒng)功耗。

　　圖2： PMIC基帶子系統(tǒng)框圖

　　此外封裝是決定PMIC方案尺寸的重要因素。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體擁有領(lǐng)先的封裝技術(shù)，其microSMD封裝技術(shù)可以使芯片的尺寸和晶元尺寸相同。目前的管腳間距做到0.4mm。以一顆81個(gè)管腳的PMIC為例，芯片的尺寸只有3.6mm×3.6mm。

　　如前面討論的，PMIC的開(kāi)發(fā)已經(jīng)不是靠半導(dǎo)體廠商自行設(shè)計(jì)能夠完成的。而是要依靠和客戶(hù)深度合作。豐富的IP，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的深入理解，以及領(lǐng)先的封裝技術(shù)是發(fā)展PMIC三個(gè)重要方面?？蛻?hù)在選擇PMIC供應(yīng)商合作伙伴的時(shí)候要充分考慮供應(yīng)商在這三個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力。