第3章 多核嵌入式系统硬件结构.pptVIP

表3-7 电源IC分类 分类 工作原理 作用 特点 设计难度 LDO 稳压 最基本的电源IC 低输入/输出电压，低消耗功率 简单 DC/DC 电压变换 常用电源IC 简单 PWM 脉宽调制 用于手持和高级处理器产品 提供电压变换所需大电流 复杂 电池管理 模拟技术为主，与数字技术结合 用于新型电池充放电，电量检测，保护等 多功能整合 适中 功率MOSFET 功率场效应管 用于大功率输出 输出大电流，低导通内阻 设计简单，制程复杂 2. 电源IC在整个IC中的角色 目前我们最常提到的是电子产品的数字化, 比如一台电脑主板, 最主要的是CPU, 其次是逻辑存储器, 这些都是数字化器件, 但对自然环境的检视,如对声音信号、对影像信号的拾取, 就要依靠模拟器件。将信号输出给人类感知, 同样离不开模拟技术,比如将声音放大输出, 图像显示等。就是目前最先进的LCD显示, 虽然是用数字技术实现, 但为了达到更佳显示效果改用LED背光, 对LED背光的控制实际又回到模拟方式。另外对交流电源的转换利用,对电池的电压变换和充放电也是模拟技术应用的重要方面。目前IC制造已经进人65纳米时代, 逻辑IC普遍落后一个世代, 不同数字器件有不同的制程, 所以需要不同的供电电压, 因此更需要电源管理这一模拟技术。所以说随着数字技术的发展, 模拟技术分布于数字技术周边, 与数字技术密不可分。 3. 电源IC的应用发展与挑战 电子技术的快速发展表现在小型化、节能环保、功能强大、价格下降等方面, 对电源管理提出新的挑战, 具体有以下几个特点： （1）大电流/低输出电压的应用 由于数字芯片的时钟越来越快, 意味着驱动电流越来越大, 以前只需要线形稳压, 现在就需要开关式稳压, 以前仅需要一相电源, 现在就需要两相或多相电源。另外CPU由于速度越来越快, 散热已成为其发展的瓶颈, 因此采用多核心技术, 英特尔已经在规划80个core的CPU, 对电源要求更高。 （2） 电源转换效率提升 不同的半导体制程需要不同的供电电压, 形成多而广得输人电压, 对电源管理提出挑战。而且新的替代能源的使用, 以及节能环保的要求加强电源管理功能。 （3） 整合电路设计 目前各种功能高度的整合已经成了电子产品的宿命, 如现在的手机就将通信、PDA、GPS、电视等集成在一起, 要避免相互间的干扰, 需要电源也随之改变。 虽然整合模拟和数字电路的SoC设计概念日益普及, 但市面上号称的SoC芯片却因数字、模拟制程整合不易、成本过高和效能不若预期, 因而形成高整合度和高效能间的两难, 因此部分模拟电路如电源管理IC在短期内并不适合作整合, 仍将持续独立于SoC芯片之外。 （4）封装要求 由于产品散热要求更高, 需要将新型、小型的封装技术引人到电源产品中。另外对于功能整合,SiP可能在SoC尚未成型之前, 成为一个重要的解决方。SiP是将不同的芯片或其它组件, 通过封装制程整合在一个封装模块内, 以执行相当于系统层级的功能。 4. 手机中电源IC的应用 由于手机大量采用LDO来为手机各个部件进行供电,LDO 虽然具有成本低、封装小、外围器件少和噪音小的特点, 但其转换效率低, 且只能用于降压的场合, 加上LDO效率取决于输出/输人电压之比, 在输人电压为3.6V、输出电压为1.5V的情况下, 效率只有41.7%, 这样低的效率在输出电流较大时, 不仅会浪费很多电能, 而且会造成芯片发热影响系统稳定性。而3G手机各个部件需要多个电压等级的供电, 在很多情况下, 尤其是压差大的情况下, LDO已经难以满足供电需求, 因此DC/DC的解决方法成为一种取代LDO的解决方案。 DC/DC转换的优势是升、降压均适用, 效率又高, 目前已经有自动PFM/PWM方式和用DC/DC+LDO双模式的电源管理解决方案, 虽然无论哪种方案成本都将高于LDO, 但的确能够解决LDO低效和只能用于降压的问题, 未来3G手机产量的提高和手机电源管理功能的提升, 将在一定程度上刺激手机电源管理IC市场的发展。 3.4.2 TWL6030电源管理IC TI TWL6030 是一款功能强大的电源管理芯片。集成了很多功能，可以对整个板卡上的各设备进行供电和电源管理，功能大致和PC上的电源类似，就是一端插上电源，另一端分出来好多电源线，分别给处理器，内存，硬盘等供电。只不过