紧凑型的电源管理方案

石榴姐

紧凑型的电源管理方案 [复制链接]

众所周知，Qorvo是一家领先的射频供应商。而在2019年收购Active-semi之后，公司的产品线得到了新的延伸。

 

在早前举办的一场技术研讨会上，Qorvo电机与电源应用部门经理李方哲介绍道，Active-semi是一个聚焦在电源电机类的公司，被Qorvo收购后，其业务划分到了QorvoPPM部门下。

 

而这里谈到的PPM，主要的关键词是“programmable”也就是“可编程”，这正是李方哲演讲的主要内容。

 

李方哲表示，熟悉我们的读者应该了解，如下图所示，Active-semi之前有五大产品线，而在被Qorvo收购之后，团队还将配合其原有的RF产品线，推出RF系列电源，这部分的内容我们将在后续披露。

 

而在下述的演讲中，李方哲将围绕下图中的ModularPowerPMIC业务进行展开，这是Qorvo一系列针对紧凑型设计而推出的电源管理芯片产品。

从李方哲的介绍我们得知，这系列产品主要面向的应用市场包括固态硬盘、穿戴设备、相机类产品、AR/VR眼镜和一些温控显示设备。

 

“这些产品都有一个共同特性，那就是体积小、功能灵活且复杂的系统，由此可以延伸出两个关键词，那就是集成度和可配置性。”李方哲接着说。

首先看集成度方面

李方哲在会上说道，如下图左所示，市面上现在有一些分立的PMIC方案。但从系统角度看，一个系统通常会有很多存储设备和控制设备，它们也会有很多不同的功能，同时也有不同的要求，还还会有很多的时序。如果用分立的方案处理，那就会相对复杂，且成本和产品尺寸都会相对较高。“Qorvo的处理方式是用一个集成度较高的芯片来解决这一整套的需求。”李方哲指出。

如下图所示，我们可以看到单一芯片能带来的空间节约。

李方哲还举例说到，如下图左所示一个电源管理模块，图右则是不同功能对电源有不同的要求。根据传统的做法，我们需要从每个buck拉出来一个电源，然后给设备供电就行了。还有一种做法是转到LDO去供电。

来到Qorvo方面，公司希望能把大部分的功能集成到芯片上，用一个芯片来解决客户的大部分需求。采用了该公司的方案，可以把BOM的尺寸至少缩小75%，同时还有成本低的优势。尤其是在疫情期间，这种优势体现得非常明显。

 

“传统的分立器件方案需要使用更多的器件，那就要求客户多备货，这就给他们带来了更为复杂的供应链问题。在这种情况下，Qorvo集成度高方案的优势就凸显出来了。”李方哲表示。

 

李方哲继续指出，Qorvo的电源管理芯片家族主要分成三大块：
第一部分主要被应用到监控、相机和平板等应用需求
第二部分集中在数据中心的存储设备应用上，这个市场的数据需要得到保护和采集，Qorvo延伸了一系列的高功率产品来做这个
第三部分则是面向穿戴式设备的产品

在接下来的演讲中，李方哲通过几款产品，说明了公司芯片的优势。

以ACT88329为例，这是Qorvo一个非常通用的一个芯片。如图所示，这个芯片拥有三个buck，两个LDO，同时还有一个maincontrol。

 

据李方哲在会上介绍，在maincontrol里面，有很多的寄存器去配置电源本身的属性和功能。与此同时，在这个芯片中，还配备了很多的GPIO，关于其具体用途，在文章后半部分有描述。

得益于这样的设计，Qorvo的芯片在尺寸上拥有很大的优势，具体如下图所示。

而从下面框图的介绍，我们可以看到Qorvo是如何提高这个芯片的集成度的。

 

首先，Qorvo将开关电源的开关部分集成到芯片里面，外面只有电感和电容；来到数字部分，借助下图的GPIO5/6接口，Qorvo给开发者提供了扩展的能力，借此他们能为潜在的外接开关电源提供了额外的解决方法。

面对更复杂的系统需求，Qorvo推出了更强大，拥有“7+6”（7路的bucks和6路的LDO）配置的芯片来应对。

 

ACT8846则公司的另一个明星产品，在推出十几年后，该芯片还在批量出货，当中不乏一些关键客户。

 

在此基础上，Qorvo又推出了一个迭代的产品ACT88760。该芯片的尺寸更小，输入电压范围会更大、负载也能拉得更大，静态功耗也能做到更低。

Qorvo另一个代表性的产品是ACT85610。

 

从下图我们可以看到，该芯片的右侧拥有很多的buck，而在左边则有一个“STRCAPS”——也就是电容。对其熟悉的读者应该知道，Qorvo有个PLP的产品线，在ACT85610上，Qorvo相当于把PLP产品线和PMIC产品线做了一个融合，让芯片实现了更高的集成度，能够为数据中心应用提供赋能。

 

“数据中心会掉电，又会随机的突然拔电，在这两种情况下，都需要有一个蓄电的状态，保证我的能量能够供应我的负载。要达到这种目标，传统的处理方法是在供电端增加一个容量非常大的电容。Qorvo的处理方式则是想法子把电压拉起来，这样在提供同样能量的情况下，电容明显减少，成本降低也是显而易见的。”李方哲说。

其次，看可配置方面

李方哲表示对于大部分应用，所谓可配置，就是指产品可以针对寄存器做配置。从电源的角度看，可配置还有另外一层意思，那就是硬件我们可以做“预设置”，只有做好了“预设置”，才能在其范围内做可配置。

 

从下图的参数数据可以看到Qorvo芯片这个“预设置”的优势。

来到GPIO方面，一般情况下，输入都是有三态、输出有两态，但Qorvo的芯片在这方面我们有极其灵活的设置。

李方哲举例说，如图所示，在一个芯片的封装中，其中间的绿色部分是有很多GPIO，如果开发者想要把这个芯片贴到板上，把信号拉进去，那就意味着需要把中间的“球”信号通过通孔拉出去。

 

因为这里的pin值只有0.4mil，如何“拉”就成为了开发者亟需思考的问题。换而言之，“通孔”要打多大？

在这种尺寸的封装下，如果我们用传统的机械钻孔的做法去焊接，是无法达到的。为此我们只能使用高密度板。然而这样又会带来一个新的问题，那就是更高的BOM成本。

 

“为了在尺寸不变的前提下实现相应功能，满足客户需求，同时还降低BOM成本，Qorvo把其中的一些GPIO的‘球’拿掉，然后在中间位置打上通孔，这样就能可以使用传统的PCB板材去满足上述功能，成本自然也能降低”，李方哲说。

李方哲进一步指出，因为我们的芯片是可配置的，那就意味着在其中会有很多寄存器，如下图所示，在其中的一路buck会有30多个寄存器，由此可以获得非常多的配置选项。让我们可以调节包括动态、环路等参数。但我们也必须强调一下，如此多的寄存器，对于电源工程师来说，也是一个挑战。

为了帮助这些工程师更简易地开发产品，Qorvo把这些寄存器变成了“工具”。借助这个被称为“ActiveCiPS™”的可编程工具，开发者可以把CMI（配置文件）轻易地烧录到Qorvo的芯片里面，据李方哲介绍，这个配置文件是由Qorvo或者客户的工程师借助上位机图像化的处理方式产生的。

 

那就意味着对于电源工程师而言，不需要通过太复杂的操作就能完成相关的设置。能大幅度降低研发时间和研发成本。

“我们的产品是一系列紧凑型的电源芯片，针对的是手持式设备相对复杂的电源系统应用，可以把整体的电源管理部分放到我们芯片内部完成，通过这样的设计，能大幅度降低客户的产品尺寸和成本”，李方哲最后总结说。