淺談便攜式產品電源管理發(fā)展新需求

    便攜式設備最近幾年來得到迅猛的發(fā)展，尤其是便攜式多媒體播放器。隨著技術的進步，如今的便攜式播放器不再是幾年前拇指大小的一個簡單MP3了，而是3寸以上的LCD屏幕，使用32bit RISC/CISC內核，200MHZ以上的運行速度，包含DRAM以及其他大容量存儲器等的一個小型“PC”系統(tǒng)。

    從早期單純MP3產品的推出，到后來的音視頻一體化，再到如今熱門的高分辨率視頻產品，一代又一代的產品更新，對系統(tǒng)的電源供應要求越來越高：一方面我們需要更強的電源來應對產品更新帶來的大電流需求；另一方面，工程師們還得注意滿足其較高的便攜性要求。這要求設計師們既要注意產品電源通路上的效率，以求用最小的電池獲得最長的使用時間；另一方面亦需要注意接口的便攜性，比如使用USB接口解決使用/充電等所有問題。

    產品的功耗越來越大，如何有效的降低功耗成為了問題；USB的電流限制使得系統(tǒng)設計人員面臨的挑戰(zhàn)更加嚴峻：使用USB接口時往往供電和充電難以兩全，同時外接適配器負載和瞬態(tài)性能等也會成為瓶頸。

    720P高清視頻播放器的出現、“山寨”UMPC的興起、以及國家3G手機牌照的發(fā)放，是經濟危機的寒冬里的暖人的燈火，未來的日子里，電子產業(yè)其實并不缺乏增長點。只是隨著技術的進步，消費者要求的提高，提供更高性能的產品成是商品提供者永恒的追求。可是性能的提高往往伴隨而來的是對于功率需求的大大增加，而此電源需求往往成為各個工程師的首要難題。這個時候，相對于傳統(tǒng)的散件電源系統(tǒng)組成，高集成度的PMU（Power Management Unit）顯示出了其優(yōu)越性。

    傳統(tǒng)觀念中人們將集成了兩路或者兩路以上的轉換通道的電源轉換電路稱為PMU，其一直以來的定義給人的感覺為普遍將重心放在了多電源軌上，卻對其余部分甚少提及。實際上，一個優(yōu)秀的PMU不僅僅在于其轉換通路，更重要的意義在于在一個系統(tǒng)中，其對于電源輸入輸出通道管理、監(jiān)測保護、電源轉換、功耗管理以及與CPU相應的信息溝通等的核心地位。它是一個系統(tǒng)長時可靠穩(wěn)定、優(yōu)異功耗表現以及良好的用戶體驗的保證。

    一個好的PMU需要包含以下特點：

    1、優(yōu)秀的電源通路管理：目前產品中常見的供電源一般包含鋰離子電池、USB接口以及外部電源適配器，一個優(yōu)秀的PMU產品需要能智能的對輸入電源進行選擇，并在充電以及供電系統(tǒng)中做智能的能量分配，以更好的滿足系統(tǒng)穩(wěn)定工作的需要。

    2、良好的接口適應性：一方面我們需要適應USB接口的限流限壓需求，只能從USB接口吸取適當的功率；另一方面當我們接入外部適配器時有需要能盡量利用其最大功率以實現更短的充電時間。

    3、高效的電源轉換/功耗優(yōu)化能力：經過通路管理后的電源需要經過適當的轉換變?yōu)榭蛇m宜系統(tǒng)IO/CORE/MEMORY等使用的多電源軌，而這一切皆離不開高效優(yōu)質的電源轉換系統(tǒng)。通過其集成的開關元件實現對電源的變換并能實現針對系統(tǒng)負載的實時電壓調節(jié)。

    4、優(yōu)秀快速的充電功能：實現大電流快速充電、高可靠的散熱設計，更需要配合通路管理功能實現充電電流的自動平衡。

    5、豐富的信息提供和簡單通用的接口：最常見的接口即為與IIC兼容的串行兩線接口，系統(tǒng)可通過接口設置系統(tǒng)工作的各個參數，如電源轉換器工作模式以及充電電流大小等，更重要的是可實現DVFS（Danamic Voltage Freqency Scaling：動態(tài)電壓頻率調節(jié)），如此可實現根據不同的任務狀態(tài)而調節(jié)系統(tǒng)的運行頻率和工作電壓，達到最大化的節(jié)能效果。

    PMU目前發(fā)展的現狀來看，由于技術門檻相對較高，大部分產品都來源于國外大廠。其實對于國內廠家而言，單獨的IP可能不會有太大的難點，最關鍵的在于PMU產品是一個系統(tǒng)工程，我們甚至可將之提高到SOC（System On Chip）的高度，看成一個PMSOC（Power Management SOC）。其難處在于如何有效的將各個單元模塊組合起來，組成一個高效工作的整體，實現智能的電源通路管理以及轉換，管理系統(tǒng)電源并提供需要的信息。這一點則不僅僅要求在傳統(tǒng)的電源領域里有高深的造詣，還需要PMU開發(fā)人員在實際的應用領域里有長時間的深耕和積累，才能清楚地知道消費者和工程師到底需要什么！

    而對于習慣于散件應用的工程師而言，散件產品的簡單易用可能在腦海里揮之不去，而對于PMU這樣一個“新”產品一時難以接受。不過天下大勢，分分合合，合合分分。當年PMU產品對于系統(tǒng)應用來說也曾紅極一時，后來被散件替代，再后來散件被一些集成電路內部整合模塊所替代。如今，隨著功耗需求的增加導致嚴重的干擾以及散熱問題，獨立的電源轉換器件又重新出頭，不過隨著產品的更新?lián)Q代，節(jié)能的要求和對于大電流系統(tǒng)管理的需要，PMU或者說是PMSOC的應用才是王道。而對于對PMU尚有畏懼的工程師來說，打起精神，換一個系統(tǒng)的思維，去接受它吧。（作者：芯智能科技有限公司 工程師 李鑫(Evan lee)）■