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确保物联网的计算能力,适用于应用处理器的高效电源

发布时间:2020-04-10 来源:罗姆半导体 责任编辑:wenwei

【导读】我们的地球将变得更加智能:在日常生活中,越来越多的产品搭载电子处理器——凭借这些器件的性能,我们的生活变得更加轻松。那么,我们应如何通过更好、更有效的方式为众多处理器供电呢?
 
物联网、智能家居、智能城市...很长一段时间内,许多人认为这都是空想。然而,毋庸置疑,越来越多的具体应用场景已经走进我们的生活,或者将在我们的日常工作中锋芒毕露。
 
物联网和相关主题的关键在于连接性:不管是家用恒温器还是汽车,各种设备都相互连接,而且彼此通信或与云端通信。数据吞吐量和传输速率的提高意味着我们需要新技术,比如5G等。此外,我们不能忘记另一个事实:如果计算能力不够,那么设备的功能以及连接性就无法实现。
 
正确的处理器
 
如今,设备必须搭载应用处理器才能实现更多功能。连接云端或其他设备是其任务之一,但是与用户通信尤其需要较强的算力:高质量的视频、2D和3D图形以及语音控制都需要采用更先进的处理器。
 
NXP® Semiconductors(以下简称“恩智浦公司”)i.MX 8M Mini系列就是这种处理器。为了获得更合适的指令/瓦数,恩智浦公司i.MX 8M Mini集成了多达四个1.8GHz的Arm® Cortex® A53内核,以及一个400MHz的Arm Cortex M4。
 
i.MX 8M Mini系列支持1080p视频处理、2D/3D图形、高级音频功能和各种高速接口。这使得它们成为各种消费应用和工业应用的理想选择。
 
电源
 
仅选择适当的处理器是不够的。您还必须为这些器件提供电源。电源设计通常是一项具有挑战性的任务:处理器需要各种不同的高精度电源电压,这些电源电压全都必须经过精确排序才能启动或关闭处理器。此外,存储器和各种外围器件也需要电源。当然,您可以使用许多单个稳压器,然而,电路板的空间通常非常有限而且器件的上电顺序可能非常复杂。
 
显然,此问题的解决方案就是使用电源管理IC(PMIC)。适当的PMIC能够在很小的空间内整合各种电源,减少所需的外部组件数量,为功能丰富的应用提供更多辅助功能,并且集成了电源排序功能。与单个稳压器加控制逻辑相比,PMIC是一种效率更高的解决方案。
 
为了充分利用PMIC的优势,我们得针对相应的处理器进行定制。比如,罗姆的全新BD71847AMWV就针对恩智浦公司的i.MX 8M mini应用处理器进行了优化。
 
确保物联网的计算能力,适用于应用处理器的高效电源
图1:罗姆全新PMIC为恩智浦公司i.MX 8M mini处理器提供更出色的供电方式
 
罗姆的解决方案
 
该PMIC集成了i.MX 8M mini应用处理器、DDR存储器和常见系统I/O所需的所有电源:六个DC/DC降压稳压器,六个LDO和一个用于SDXC卡的1.8V/3.3V电源开关。此外,该PMIC还配备了一个可支持各种应用场景的可编程电源控制时序器。客户可以通过OTP配置和/或通过软件对许多工作参数(比如输出电压、转换速率、电源状态转换、复位行为等)进行配置。该PMIC还具有广泛的监视和保护电路,这使其性能更加完善。
 
确保物联网的计算能力,适用于应用处理器的高效电源
图2:BD71847AMWV在单个芯片上集成了系统所需的各种电源
 
这些功能全都集成在一个紧凑的56脚7mm x 7mm QFN封装中。该引脚布局旨在轻松与恩智浦公司i.MX 8M mini处理器以及DDR存储器相连接。由于完全集成的多个降压稳压器只需一个输出电容,因此实现了更小巧的BOM。与分立解决方案相比,通过集成所有必需的组件,该PMIC的组件减少了约52%,PCB面积减少了多达53%(单面贴装的三类PCB)。如果是双面贴装,电路板面积可降至300mm2以下。该PMIC的输入电压范围为2.7V到5.5V,且可支持多种电源电压,比如单节锂离子电池、USB输入和电源等等。
 
BD71847AMWV具备为整个系统供电的能力,其内置的六个完整DC-DC降压转换器可提供16.5A的电流,六个LDO可提供超过1.1A的电流。凭借脉冲宽度自动选择和脉冲频率调制功能,该芯片可在较宽的输出电压和负载范围内实现高效功率转换。各种降压稳压器均使用集成电源开关,开关频率为2MHz/1.5MHz,因此可以使用薄型电感。其输出电压可以在很宽的范围内进行编程,并且两个降压稳压器均采用现代SoC要求的动态电压缩放(DVS)工作方式,以实现处理器更出色的单任务能耗性能。经过优化,该芯片的电源架构允许LDO稳压器以同类更优异的总效率提供能量,从而实现最长的工作时间和更优异的散热性能表现。各种LDO稳压器均具有可编程输出电压,并可提供300mA的电流输出能力。
 
BD71847AMWV还集成了一个可配置的电源时序器,可对其12个开关稳压器/线性稳压器的启动时序进行编程,包括根据SoC的要求调节其输出电压。处理器的电源模式转换通过握手I/O接口和可编程电源按钮触发。器件中多功能单刀开关电源按钮的行为可通过I2C接口在广泛的范围内进行编程。该接口的输入耐压范围较宽,不需要电平转换器。该接口还可用于修改电气性能,比如输出电压、DVS斜率(如适用)、工作模式等。为确保系统安全,该PMIC还包含一个32.768kHz晶振驱动器和一个看门狗定时器。
 
罗姆还提供了一个开发环境,以帮助用户轻松评估BD71847AMWV。恩智浦公司i.MX 8M mini评估套件中已嵌入电源管理IC BD71847AMWV,相应的驱动器也已集成到评估套件的板级支持包中。
 
确保物联网的计算能力,适用于应用处理器的高效电源
图3:恩智浦公司i.MX 8M mini评估套件中已嵌入电源管理IC BD71847AMWV
 
功能特点:
 
- 输入电压范围:2.7V至5.5V
- 6个可编程快速开关DC/DC降压转换器
- 6个通用LDO
- 用于高速SDXC卡的1.8V/3.3v电源多路复用器 
- 低成本BOM——同时解决元件容差、偏置和热劣化以及老化等问题
- 可实现更低功耗、改良工作时间和更优异散热性能的优化电源架构  
- OTP可配置、软件可编程电源控制时序器
- 与i.MX 8M Mini兼容的电源控制硬件边带信令
- 单刀多功能电压按钮功能
- 32.768kHz晶振驱动器
- 广泛的保护功能(软启动、电源轨错误检测、过压保护、过流保护等)
- 电源电压容限I2C I/F(最大1 MHz)
 
 
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