德商Dialog是一家無(wú)晶圓廠(Fabless)的混合訊號(hào)半導(dǎo)體IC設(shè)計(jì)公司，在德國(guó)法蘭克福上市，市值36億美元，2014年?duì)I收達(dá)11.56億美元；提供高整合電源管理晶片(PMIC)，AC/DC變壓晶片、超低功耗音效晶片、低功耗藍(lán)牙晶片、多點(diǎn)觸控IC與LED驅(qū)動(dòng)等。
聚焦大中華地區(qū)電源管理市場(chǎng)
Dialog市場(chǎng)行銷總監(jiān)Mark Jacob指出，Dialog策略性的聚焦于臺(tái)灣與大陸等大中華消費(fèi)性電子市場(chǎng)，合作對(duì)象除了與OEM廠有直接銷售通道外，與聯(lián)發(fā)科(MediaTek)的PMIC平臺(tái)，以及入股建興(Lite-On)的合作夥伴——專注感測(cè)器的敦宏科技(Dyna-Image)；最近合作的案例則有聯(lián)想(lenovo)的VIBEx2、魅族(Meizu) MX4、HTC One M9等智慧手機(jī)，與Xiaomi小米手環(huán)等。
Dialog市場(chǎng)行銷總監(jiān)Mark Jacob
Mark Jacob指出，從各種待機(jī)不到1毫瓦(1mW)、一星期才充電一次的穿戴裝置，到多核心設(shè)計(jì)、全天候運(yùn)算且尖峰負(fù)載超越100W的伺服器／桌機(jī)／筆電，均需要高轉(zhuǎn)換效率、低功耗的電源管理技術(shù)。
市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)低功耗節(jié)能技術(shù)與解決方案
近代CPU供電電路設(shè)計(jì)上，除了會(huì)有一組標(biāo)準(zhǔn)PMIC(電源管理晶片)外，還會(huì)針對(duì)CPU睡眠模式與周邊節(jié)能另外會(huì)多采用一組Sub PMIC，用來(lái)整合電源監(jiān)控、變壓控制與監(jiān)控功能，提供CPU像是恒開機(jī)／連網(wǎng)(always on/connected)工作模式。以Dialog開發(fā)的Merit System PMIC，具備每平方厘米1W與每立方厘米1A的能量密度。
他列出一張12寸Retina MacBook筆電的拆解照片，其中PCB僅不到下蓋面積的1/10，而這樣小巧的PCB板中，光電源控制晶片就占40%；新型態(tài)消費(fèi)性產(chǎn)品如穿戴式裝置、混合產(chǎn)品，感測(cè)器、攝影機(jī)、GPS、音效晶片，增加像是恒開機(jī)感測(cè)(Always-on sensing)等使用型態(tài)，新的USB-C、無(wú)線充電等充電標(biāo)準(zhǔn)，以及不同的電池并／串聯(lián)設(shè)計(jì)，由以上的應(yīng)用情境與更多的設(shè)計(jì)排列組合，由此看出PMIC整合多元化零組件與周邊，又要兼顧低耗設(shè)計(jì)要求下，扮演著越來(lái)越吃重的角色。
通常電池串的配置會(huì)依行動(dòng)裝置的功耗與外觀尺寸而有所不同，像穿戴裝置、游戲機(jī)、智慧手機(jī)使用單一電池，而平板、平板手機(jī)則用到1~2個(gè)電池串，掀蓋設(shè)計(jì)(Clamshell)平板、Ultrabook則使用2~3個(gè)電池串，高效能筆電則不排除用到4個(gè)電池串。不過從左下穿戴式裝置到右上高效能筆電的每個(gè)市場(chǎng)位階產(chǎn)品，都面臨輕薄短小、螢?zāi)怀叽缫兇?、供電時(shí)間要長(zhǎng)的極端要求。
Mark Jacob列舉市場(chǎng)上采用2個(gè)電池串連(2S)或并聯(lián)(2P)設(shè)計(jì)變形平板，如戴爾(Dell) Venue 11 Pro 7140(電池為7.4V/5Ah/37Wh)，鍵盤底座還另有內(nèi)置電池的設(shè)計(jì)。假設(shè)一組PMIC提供SoC內(nèi)的CPU、GPU，一組System PMIC提供DDR記憶體、USB、PCIe/Camera、Ios、LV Logic各自連接System PMIC的D/C變壓，全部需要14.4A，若設(shè)計(jì)成單電池串，電池要用14.4A，若采雙電池串連設(shè)計(jì)，電池要用7.2A，同時(shí)電池串還要加10V前置穩(wěn)壓元件(Pre-regulation)以確保對(duì)后端PMIC、System PMIC的穩(wěn)定供電。
電池充電電流越大，經(jīng)過數(shù)百次充、放電周期后，會(huì)出現(xiàn)可儲(chǔ)電容量越下滑現(xiàn)象。他列舉一個(gè)分別以2A、10A、15A、20A充電電流測(cè)試圖表，電池經(jīng)過500次充電周期后，20A可儲(chǔ)存容量下滑到原本容量的70%，2A則可維持95%。
單電池串與雙電池串充／供電設(shè)計(jì)各有其缺點(diǎn)，前者接5V變壓元件后，輸入端會(huì)有壓降現(xiàn)象，同時(shí)需搭配高充電電壓的電池，使得長(zhǎng)期充放電后電池壽命縮減較快；后者需使用10V高伏特變壓元件，轉(zhuǎn)換效率較低且增加成本。
Mark Jacob提出針對(duì)雙電池串的充／供電線路的改良設(shè)計(jì)，將10V前置穩(wěn)壓元件后面，再串一個(gè)轉(zhuǎn)換效率達(dá)86%的5V變壓元件，此時(shí)電池充電電流從原本2.45A降為2.25A，整體轉(zhuǎn)換效率從77%提高到84%，同時(shí)能耗減少1.5W。
針對(duì)手機(jī)／平板的低功耗、高效能PMIC
Mark Jacob介紹于6月COMPUTEX 2015正式發(fā)表的DA9312電源管理晶片。采72pin WLCSP封裝，僅6.3 mm x 2.8mm，提供最大90W負(fù)載，裝置尖峰能量密度達(dá)5W/mm2；針對(duì)雙鋰電池串充電電路所設(shè)計(jì)，內(nèi)建1.5MHz交換式壓降式穩(wěn)壓元件(Bulk Converter)，實(shí)測(cè)從2mA、10mA、20mA、0.1A、1A、2A、5A、10A各種工作電流的轉(zhuǎn)換效率，分別是89%、96.3%、97.1%、97.9%、98.4%、98.3%、97.1%、94.3%，整體平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)98.5%，且前端無(wú)須外加FET或DrMOS元件，用4顆0603電容搭配，省去大顆附加電感的空間；可程式化的GP I/O控制介面，可處于超級(jí)監(jiān)控模式、自主模式或從控(slave)模式運(yùn)作。
Mark Jacob列舉一個(gè)行動(dòng)運(yùn)算裝置，原始充／供電設(shè)計(jì)以及改采DA9312電源晶片的BOM表比較。原先使用分離式TI電源元件，需3顆IC、15顆電容、3組線圈(Coils)、18顆被動(dòng)元件、全部元件數(shù)39個(gè)并占PCB面積240mm2；改采DA9312設(shè)計(jì)后，降為僅1顆IC、9顆電容、10顆被動(dòng)元件、總元件數(shù)22個(gè)，總PCB面積降為115mm2。
跟VICOR HD Brick大功率直流變壓元件相比，其元件尺寸57 mm x 46mm x 16 mm，在4.1平方英寸PCB可設(shè)計(jì)出525W直流電輸出回路，能量密度每平方英寸達(dá)128W；DA9312可在0.18平方英寸PCB空間，輸出90W直流電輸出，折合能量密度達(dá)每平方英寸504W。
Mark Jacob最后總結(jié)，高整合型的PMIC可因應(yīng)產(chǎn)品輕薄短小趨勢(shì)下的供／充電設(shè)計(jì)的需要。Dialog DA9312較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分離式方案提供兩倍以上的能量密度，以及98%的轉(zhuǎn)換效率，是采雙電池供／充電設(shè)計(jì)行動(dòng)裝置，最佳電源解決方案的選擇。