低噪聲+高功率密度 電源行業(yè)先進(jìn)器件和應用

電源管理可以有效地將電源分配給系統中的不同組件，通過(guò)控制和監測電源系統中電壓或電流的輸入和輸出，保證電源系統的安全穩定與高效運行。因此，電源產(chǎn)品性能的優(yōu)劣會(huì )直接影響整個(gè)系統的運行效率和使用周期，在電子設備中至關(guān)重要。常見(jiàn)的電源管理芯片有線(xiàn)性穩壓器（LDO）、電荷泵（charge pump）、DC-DC轉換器、AC-DC轉換器等，應用領(lǐng)域涵蓋消費電子，工業(yè)、汽車(chē)以及電信設備等幾乎所有數字化場(chǎng)景。近年來(lái)隨著(zhù)汽車(chē)和消費電子等行業(yè)的需求迅速增長(cháng)，電源管理也成為了電子行業(yè)增長(cháng)最快的領(lǐng)域之一。

ADI電源新技術(shù)

P90技術(shù)簡(jiǎn)介

P90是ADI公司的大批量先進(jìn)電源平臺技術(shù)，也是目前其電源產(chǎn)品大量應用的工藝。P90工藝最大的優(yōu)勢就是在5V~80V工業(yè)電源的應用場(chǎng)合擁有業(yè)界領(lǐng)先的RA密度，即晶體管電阻面積（Resistance Area），相同晶體管的條件下面積越小越好，因為這樣會(huì )降低工業(yè)成本，也就是說(shuō)P90技術(shù)實(shí)現了高效率和低成本的平衡。

基于P90技術(shù)的產(chǎn)品比上一代有更大的提升，比如同樣都是90nm的工藝，P90就比S90的晶圓成本低30%，比上一代的S18的晶圓成本低10%。P90工藝兼容1.8V和5V的CMOS工藝，目前的很多產(chǎn)品電壓越做越低、電流越做越大，比如目前人工智能等運算量大的應用場(chǎng)合，電流都是幾十安培以上，相比之下P90工藝更適合這些低壓大電流的場(chǎng)合，同時(shí)也可以兼容到和邏輯直接接口的產(chǎn)品。

此外，P90在用于配置參數的電源應用產(chǎn)品，或內置MCU控制器的一些電源類(lèi)產(chǎn)品可以最高支持32KB集成閃存。值得一提的是，P90目前都是用更高電導率的銅材料作為互聯(lián)的，可以實(shí)現一些電流密度更高、阻抗更低的要求，而且可承受更大的沖擊。

Silent Switcher 3

ADI公司的Silent Switcher^?技術(shù)是開(kāi)關(guān)模式電源問(wèn)世以來(lái)電源領(lǐng)域的先進(jìn)成果之一。這項降噪技術(shù)在許多噪聲敏感應用中改善了EMI性能，提高了系統效率、輸出紋波性能，縮小了解決方案總體尺寸。ADI的開(kāi)創(chuàng )性設計社區仍在繼續開(kāi)發(fā)Silent Switcher技術(shù)，以進(jìn)一步降低系統噪聲水平，不斷擴大應用范圍覆蓋更多領(lǐng)域。

Silent Switcher穩壓器可提供新的性能水平，同時(shí)具有高效率（高達96%）和低噪聲性能，不會(huì )影響尺寸，也不需要過(guò)多的外部元件。Silent Switcher架構使用專(zhuān)有設計和封裝技術(shù)，以盡可能在高頻率下實(shí)現更高效率，提供更低的EMI性能，并通過(guò)使用非常緊湊可靠的設計，以便更容易通過(guò)CISPR 25 5類(lèi)EMI 峰值限制。

Silent Switcher解決方案支持高達65 V的輸入電壓、高達30 A的負載電流，以及最小導通時(shí)間短導致的高降壓比，適合眾多應用，包括工業(yè)、儀器儀表和測量、醫療健康、航空航天、通信、汽車(chē)、能源、數據中心等。

與ADI合作了三十多年的技術(shù)型授權代理商Excelpoint世健多年來(lái)基于A(yíng)DI的產(chǎn)品和解決方案組合，打造了多個(gè)貼近客戶(hù)應用需求的解決方案并獲得了市場(chǎng)的認可。針對ADI的儲能系統產(chǎn)品，世健結合當前市場(chǎng)，重點(diǎn)推薦一款基于Silent Switcher 3技術(shù)的產(chǎn)品LT8625S。

LT8625S同步降壓調節器將超低噪聲基準與Silent Switcher架構相結合實(shí)現了高效和卓越的低頻（0.1Hz~100kHz）輸出噪聲性能，同時(shí)基于最新的Silent Switcher 3架構，最大限度地減少了EMI發(fā)射，同時(shí)在高開(kāi)關(guān)頻率下提供了高效率，是高電流、噪聲敏感應用的理想選擇。

汽車(chē)電源

汽車(chē)電源ASIL

ASIL（Automotive Safety Integrity Level）是汽車(chē)安全完整性等級，最新的ISO 26262標準是以安全相關(guān)電子電氣系統的特點(diǎn)，基于IEC 61508《安全相關(guān)電氣/電子/可編程電子系統功能安全》制定的道路車(chē)輛功能安全標準，該標準為開(kāi)發(fā)車(chē)規產(chǎn)品提供了一個(gè)符合ASIL的框架。

ISO 26262是史上第一個(gè)適用于大批量量產(chǎn)產(chǎn)品的功能安全（Functional Safety）標準，僅針對安全相關(guān)電子電氣系統，包含電機、電子與軟件零件，不適用于機械、液壓等非電子電氣系統。

隨著(zhù)越來(lái)越多的ECU等電子系統被應用，安全的設計在汽車(chē)領(lǐng)域越來(lái)越被重視。在自動(dòng)駕駛主動(dòng)安全市場(chǎng)的驅動(dòng)下，影響人類(lèi)安全的汽車(chē)電子系統必須要有很高的功能可靠性，所以通過(guò)汽車(chē)電子系統生命周期（設計和生產(chǎn)）特殊程序和要求的相關(guān)電子電氣系統都需要遵循一個(gè)標準且完整的功能安全框架（ASIL）。

汽車(chē)電源管理

ADI公司專(zhuān)為汽車(chē)設計的電源產(chǎn)品覆蓋汽車(chē)座艙電子和信息娛樂(lè )系統、車(chē)輛自動(dòng)駕駛和安全、汽車(chē)LED驅動(dòng)器以及電池管理和動(dòng)力總成等電氣化系統，確保其符合ASIL框架。不同的產(chǎn)品可以實(shí)現不同的功能，包括電壓調節、直流轉換等。

ADI在汽車(chē)電源產(chǎn)品有5大戰略目標：高性能（高效率、低功耗、低噪聲）、ASIL（ADAS解決方案）、聯(lián)合開(kāi)發(fā)、高功率密度、小型化。正如上面所說(shuō)，ADI擁有非常全面的汽車(chē)電源管理產(chǎn)品。接下來(lái)，我們將從無(wú)電感（電荷泵）DC/DC轉換器、LDO 線(xiàn)性穩壓器以及PMIC 和多功能來(lái)闡述說(shuō)明。

首先，ADI的電荷泵系列提供最廣泛的簡(jiǎn)單緊湊型無(wú)電感DC/DC轉換器設計，包括降壓、升壓、降壓-升壓以及反向等多種子分類(lèi)。這些轉換器可用于升壓、降壓或反相輸入電壓。由于不需要電感，這些開(kāi)關(guān)電容轉換器可簡(jiǎn)化設計，且解決方案尺寸很小。此外，通過(guò)片內集成擴頻技術(shù)，大幅降低了輸入和輸出噪聲。

其中，穩壓降壓型電荷泵系列用于將輸入電壓遞降/降壓至較低的調節輸出電壓。開(kāi)關(guān)電容轉換器能夠比傳統電感切換器提供更小的解決方案尺寸和更簡(jiǎn)化的設計，同時(shí)比線(xiàn)性穩壓器提供更高的效率和更低的運行溫度。主要特性包括低靜態(tài)電流、具有自動(dòng)模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發(fā)模式（Burst Mode?）操作、過(guò)溫、故障和短路保護。

穩壓升壓電荷泵系列用于將輸入電壓提高或提升至更高水平的穩壓輸出電壓。由于不需要電感，與傳統的感性開(kāi)關(guān)相比，這些開(kāi)關(guān)電容轉換器提供很小的解決方案尺寸和簡(jiǎn)單設計。主要特性包括低靜態(tài)電流、具有自動(dòng)模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發(fā)模式（Burst Mode?）操作、過(guò)溫、故障和短路保護。

穩壓降壓-升壓電荷泵系列接受高于、等于或低于輸出電壓的輸入電壓，并且可用于將輸入電壓升高或下降至穩定輸出電壓。由于不再使用電感，這些開(kāi)關(guān)電容轉換器可作為開(kāi)關(guān)穩壓器拓撲的替代方案，減小解決方案的尺寸并簡(jiǎn)化設計。主要特性包括低靜態(tài)電流、具有自動(dòng)模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發(fā)模式（Burst Mode?）操作、過(guò)溫、故障和短路保護。

其次，ADI擁有各類(lèi)高性能低壓降（LDO）線(xiàn)性穩壓器，這些 LDO 線(xiàn)性穩壓器提供極低壓差、快速瞬態(tài)響應和出色的線(xiàn)路和負載調整，并具有在有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)和音頻系統、FPGA/DSP/μC 電源以及 RF 和儀器儀表領(lǐng)域的最終應用中增加性能價(jià)值的功能，無(wú)論是需要低噪聲、高 PSRR 還是緊湊封裝。

ADI的電源管理IC（PMIC）產(chǎn)品組合了電池充電、電源通路（PowerPath?）控制、以及一個(gè)或多個(gè) DC-DC 穩壓器，旨在實(shí)現針對手持式產(chǎn)品的完整電源解決方案。PowerPath 產(chǎn)品和架構允許從VIN 和電池向負載供電，從而確保較短的充電時(shí)間，并為便攜式設備設計提供更大的靈活性。它們還可在電池電量耗盡的情況下于系統中實(shí)現“即時(shí)接通”。其他特點(diǎn)包括用于 USB 和墻上適配器的雙路輸入、開(kāi)關(guān)穩壓器、比較器或 LDO。

工業(yè)電源

SIMO

SIMO（Single-Inductor Multiple-Output）指的是一種單電感多輸出的架構。在傳統開(kāi)關(guān)電源設計中，每個(gè)開(kāi)關(guān)電源都需要一個(gè)外部電感，多路輸出就需要多個(gè)電感。SIMO既降低了BOM成本，也減小了PCB面積。多路均為開(kāi)關(guān)式輸出，因此具有更高的效率，將電能最大限度提供給系統應用而不是被消耗，也會(huì )延長(cháng)系統的工作時(shí)間。

SIMO架構為需要較長(cháng)電池壽命的微型設備提供了出色的解決方案。傳統的開(kāi)關(guān)穩壓器拓撲中擁有多個(gè)電感，這些電感體積大、成本高，對小尺寸產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一個(gè)不利因素。線(xiàn)性穩壓器速度快、結構緊湊、噪音低，但會(huì )產(chǎn)生損耗。將多個(gè)低壓差穩壓器（LDO）與DC-DC轉換器混合使用，比單獨使用LDO的設計尺寸要大。

SIMO架構能夠在較小的設備中實(shí)現集成功能，無(wú)需使用多個(gè)分立元件。通過(guò)減少所需電感的數量，同時(shí)仍保持開(kāi)關(guān)轉換器的效率，SIMO架構幾乎是小型超低功耗設計的理想拓撲結構。

圖 SIMO架構框圖

電感飽和電流（ISAT）是電感下降一定百分比時(shí)的電流，它由給定磁芯材料和結構的電感磁芯尺寸決定。通過(guò)將幾個(gè)電感組合成一個(gè)，可以減小所需電感的總體尺寸。SIMO具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.進(jìn)一步節約了成本，減小了尺寸；

2.可用元件值實(shí)現量化；

3.時(shí)分復用：如果一個(gè)系統在另一個(gè)系統開(kāi)啟時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，它們可以“共享”所需的ISAT；

4.均值：即使沒(méi)有專(zhuān)用時(shí)隙，電流使用峰值也經(jīng)常出現在不同的時(shí)間。這導致ISAT要求降低。

Excelpoint世健對比發(fā)現ADI公司的SIMO轉換器提供了兼顧尺寸和損耗考量的優(yōu)化方案。其架構能夠以單個(gè)DC-DC的尺寸，提供DC-DC轉換器的優(yōu)勢，同時(shí)還集成幾個(gè)LDO。減少電感數量后，無(wú)需考慮電感之間的空間，有助于進(jìn)一步減小總尺寸。

ADI的SIMO電源管理IC系列使用一個(gè)電感來(lái)提供多個(gè)開(kāi)關(guān)降壓-升壓調節器。高效轉換有利于延長(cháng)電池壽命，超緊湊的尺寸和低物料成本則為空間有限的可穿戴設備、耳機、物聯(lián)網(wǎng)和其他電池供電的小型消費電子設備提供非常合用的解決方案。

此外，附加的集成功能和特性進(jìn)一步簡(jiǎn)化了低功耗便攜式設備的設計，是通過(guò)集成電池管理（充電器和燃油表）、對噪聲敏感的電源軌的LDO輸出，以及用于控制上電和關(guān)斷的板載時(shí)序控制器等功能實(shí)現的。I2C接口提供完全定制電源管理IC的能力，支持動(dòng)態(tài)電壓調節（DVS），以實(shí)現進(jìn)一步節能和自定義的電源使用。

比如新型電源管理IC（PMIC）MAX77650和MAX77651采用微功耗SIMO降壓-升壓DC-DC轉換器設計。PMIC中集成的150mA LDO為噪聲敏感型應用提供紋波抑制。在MAX77650/MAX77651中，SIMO通過(guò)單個(gè)電感提供三個(gè)獨立可編程電源軌，支持實(shí)現創(chuàng )新的電源管理解決方案。與其他分立解決方案相比，高度集成的SIMO架構有助于顯著(zhù)減小整體解決方案的尺寸。

NANOPOWER

Nanopower是一種特別的技術(shù)，可以使單功能模擬信號IC和混合信號IC消耗的電源電流或靜態(tài)電流（IQ）低于1μA，幫助大幅降低功耗，從而延長(cháng)電池的使用壽命。Excelpoint世健發(fā)現ADI公司的nanoPower Technology?產(chǎn)品使設計人員可選用更小巧的電池，減少電池充電或更換電池需求，從而延長(cháng)產(chǎn)品正常運行時(shí)間。

電池供電應用繼續呈指數增長(cháng)，包括數量龐大的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備、可穿戴設備、健康狀態(tài)監控器和現場(chǎng)傳感器。這些設備突破了技術(shù)極限，要求實(shí)現更長(cháng)的運行時(shí)間、更低的散熱和更小巧的外形。靜態(tài)電流（IQ）是占空比系統中的主要功耗因素，降低靜態(tài)電流有助于發(fā)揮系統優(yōu)勢。

Excelpoint世健認為，ADI的nanoPower Technology產(chǎn)品消耗的靜態(tài)電流不到1 μA，使系統能夠發(fā)揮出色性能，實(shí)現更低散熱和更長(cháng)的工作壽命。世健結合當前市場(chǎng)，重點(diǎn)推薦MAX38640–MAX38643系列。

MAX38640–MAX38643是超低330nA靜態(tài)電流降壓（降壓）DC-DC轉換器的nanoPower系列，其工作電壓為1.8V至5.5V，支持高達175mA、350mA、700mA的負載電流，峰值效率為96%，只有5nA的停機電流。這些器件提供超低的靜態(tài)電流、小的總解決方案尺寸和整個(gè)負載范圍內的高效率，因此非常適合電池壽命較長(cháng)的電池應用。

MAX38640–MAX38643系列采用獨特的控制方案，可在寬輸出電流范圍內實(shí)現超低靜態(tài)電流和高效率。MAX38642不包括停機時(shí)的有源放電電阻器，該電阻器允許輸出由另一個(gè)電源或充電的輸出電容器調節或保持高電平。

MAX38640–MAX38643器件提供1.42mm x 0.89mm 6引腳WLP（2 x 3凸塊，0.4mm間距），以及2mm x 2mm 6引腳和微型DFN包，所有零件都指定在-40°C至+85°C擴展溫度范圍。

綜上所述，Excelpoint世健認為，ADI公司的電源新技術(shù)和解決方案不僅通過(guò)先進(jìn)的設計和封裝技術(shù)滿(mǎn)足嚴格的電源要求，包括出色的功率密度、超低噪聲技術(shù)和出色的可靠性，同時(shí)也為市場(chǎng)未來(lái)的技術(shù)創(chuàng )新提供了基礎，能幫助市場(chǎng)更好地迎接各類(lèi)挑戰。