如何通过更好 、 更有效的方式为众多处理器供电呢?

发表于 2020-04-10 10:04:44 收藏 已收藏
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如何通过更好 、 更有效的方式为众多处理器供电呢?

发表于 2020-04-10 10:04:44
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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。

图 1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。

图2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 300mm 2 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 I 2 C 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。

图 3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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