通过单个PMIC为您的计算密集型应用处理器供电

为虚拟现实应用中的应用处理器 （AP） 供电带来了一些与灵活性、效率和尺寸相关的设计挑战。完全集成的MAX77714 PMIC具有高灵活性和高集成度，非常适合各种空间受限的应用处理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高频操作可最大限度地减小无源尺寸，从而进一步减小 PCB 尺寸和成本。

介绍

由于虚拟现实、嵌入式视觉、物体动作、行人检测和手势识别等新应用，对高度灵活和自适应的 PMIC 的需求正在增长，这些应用都需要深度学习算法。AP 必须高度灵活且可重新配置，以实现最新、最有效的算法，并根据需要添加新功能。该系统解决方案要求低功耗，因为其中许多应用都是便携式的。因此，PMIC必须支持动态负载和低功耗模式转换，同时体积小且效率高，以最大限度地减少能源浪费并延长不受限制的操作。本文讨论了在这些应用中为 AP 供电的挑战，并提供了一个 PMIC 示例，该示例在尺寸和效率方面是同类最佳的。

典型的虚拟现实系统

虚拟现实 （VR） 头戴式设备的框图如图2所示。VR头显是一个计算密集型环境。图像显示需要专门的图形处理单元（GPU）和图像处理单元（IPU）来增强客户体验。音频处理需要快速的数字信号处理 （DSP），而整个系统由中央处理器 （CPU） 编排。

图2.VR头戴式设备框图。

VR系统需要优化的电源管理解决方案，以支持数据处理、通信和传感器功能。负载曲线是动态的，并且趋向于较低的输出电压，这收紧了负载瞬态下降要求。由于处理器位于包裹在整个人头上的设备上，因此较低的散热解决方案推动了电源管理IC的选择。

典型接入点电源管理解决方案

图3显示了一个典型的VR电源管理解决方案以及成功运行系统所需的几个辅助功能。多个电压轨为 CPU、内存和其他必要功能供电。实时时钟 （RTC） 和 32kHz 高精度晶体振荡器 （XTAL） 可实现精确计时。GPIO 扩展器提高了开启和关闭功能、模块和传感器的灵活性。

使用分立IC实现这种复杂的功能集在多个方面都可能非常具有挑战性：

AP 系统需要一个无毛刺的上电序列，以便在电压和温度的转折条件下成功启动。系统最终导致过度设计和笨重。

如果在正常操作期间遇到系统或调节器故障，必须向处理器发出警报以确定后续步骤。此检测的优先级和顺序至关重要。

由此产生的大尺寸解决方案尺寸和较长的PCB走线会对稳压器效率产生不利影响，从而缩短器件的运行时间并增加系统中的散热。

分立式系统解决方案增加了电路板上的元件数量，并且由于装配问题和较差的信号完整性，容易出现更高的故障率。

在分立解决方案中具有许多IC会挤塞I2C 总线并增加处理器读取关键信息之前的延迟。

图3.VR头戴式设备框图。

集成解决方案

完全集成的解决方案可以克服设计人员使用分立式电源解决方案所面临的挑战。图 4展示了单个集成 PMIC 如何为 AP 供电，从而在不影响性能的情况下减小 PCB 尺寸、重量和体积。

图4.完全集成的接入点电源管理。

MAX77714为完整的电源管理IC，适用于采用片上系统（SoC）应用处理器的便携式设备。两个高电流降压稳压器（SD0 和 SD1）针对 AP 的 CPU 和 GPU 轨进行了优化，并在输出电压（0.26V 至 1.52V 范围内）上具有动态电压调节 （DVS）。输出级RDS（ON）经过优化，可实现卓越的效率，如图5的竞争分析所示。

这些稳压器还支持强制脉宽调制控制技术，以在低负载条件下将纹波降至最低。另外两个降压稳压器（SD2和SD3）更通用，输出范围更宽。所有四个开关稳压器均具有内部补偿功能，从而最大限度地减少了对外部元件的需求。

图5.效率优势。

该PMIC还具有9个高度可配置的集成低压差（LDO）线性稳压器，具有150mA至450mA的电流能力，适用于系统中的噪声敏感轨。所有 LDO 均具有两种软启动速率，以限制启动期间的浪涌电流并支持宽输出电压范围。可以将 8 个 GPIO 引脚配置为交替模式操作。可以将 4 个 GPIO 引脚分配给灵活的电源排序 （FPS）。可将 3 个 GPIO 引脚配置为输出 32kHz 时钟，以同步外部系统。第 8 个 GPIO 引脚可配置为系统唤醒引脚。带有外部晶体振荡器的实时时钟提供计时和闹钟唤醒功能。如果不使用此功能，则可以使用可选的内部硅振荡器来节省BOM成本。强大的开/关控制器状态机驱动 FPS 进行上电/断电、故障处理和电源模式控制，而 AP 的干预最少。此外，还集成了看门狗定时器，用于系统监控目的，以帮助克服 AP 操作挂起状态。

PMIC 采用 70 焊球、4.1mm x 3.25mm x 0.7mm、0.4mm 间距晶圆级封装 （WLP），非常适合空间受限的应用。这与小无源器件的高频操作相结合（图 6）。

图6.评估板PCB布局示例

PMIC 具有多个配置寄存器，可通过 I 进行定制2C 语言可针对多种应用量身定制。

结论

为虚拟现实应用中的接入点供电会带来一些与灵活性、效率和尺寸相关的设计挑战。凭借其高灵活性和高集成度，完全集成的PMIC非常适合各种空间受限的应用处理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高频操作可最大限度地减小无源器件尺寸，从而进一步减小 PCB 尺寸和成本。

审核编辑：郭婷