Программируемые PMIC-решения как способ оптимизации проектирования систем электропитания

В данной статье рассматривается, как технология ActiveCiPS™ от Qorvo решает эту проблему, предоставляя преимущества кастомизации без традиционных препятствий при проектировании, что делает единую PMIC применимой для широкого спектра массовых приложений.

Актуальность PMIC

Разработчики систем с жесткими пространственными ограничениями быстро оценили главные достоинства PMIC: минимальные габариты и многофункциональность. Подобрать PMIC, соответствующую системным требованиям по количеству шин питания и токовым характеристикам, относительно несложно. Проблемы возникают позже, когда инженеры обнаруживают несоответствие стандартных настроек выбранной PMIC требованиям их нагрузки. Большинство серийных PMIC нуждаются в существенной доработке перед практическим применением.

На этой стадии разработчикам приходится сопоставлять достоинства и недостатки дискретных и интегрированных решений. Впрочем, как будет показано далее, микросхемы Qorvo предлагают оптимальный выход.

В таблице 1 представлено общее сравнение, демонстрирующее преимущества PMIC-подхода.

Таблица 1: Сравнение дискретных и ПМС-решений.

Компактность и минимизация компонентной базы

На рисунке 1 сопоставлены дискретное и PMIC-решение для системы питания. Оба варианта включают три преобразователя, два стабилизатора с малым падением напряжения (LDO), настраиваемую последовательность включения и несколько GPIO-портов, в том числе Enable, nRESET, nIRQ и вход DVS. PMIC-решение занимает на 80% меньше места и содержит на 75% меньше компонентов.

Рисунок 1: Дискретное решение по сравнению с PMIC-решением по электропитанию - три блока питания + два LDO.

Практическим воплощением этих преимуществ служит микросхема ACT88329 от Qorvo, показанная на рисунке 2. В ней объединены три понижающих преобразователя, два LDO-стабилизатора, настраиваемая последовательность включения, два энергосберегающих режима, динамическая регулировка напряжения DVS, автоматическая настройка начальных напряжений и процессорный интерфейс для оперативного изменения конфигурации – все это в компактном корпусе, выделенном на рисунке 2 красной рамкой.

Рисунок 2. Реальный мир ACT88329 PMIC.

Особенности компоновки

Дискретное решение обеспечивает полную свободу в установке выходных напряжений и разработке последовательности включения. Однако такая гибкость требует множества отдельных компонентов и значительной площади печатной платы. Организация последовательности включения предполагает прокладку соединений между выходами питания и входами разрешения каждого источника, а также добавление RC-фильтров для создания необходимых задержек. Системная функциональность GPIO также требует дополнительной логики. Возросшая сложность увеличивает стоимость проекта и усложняет управление комплектацией.

В противовес этому, интегрированное PMIC-решение включает встроенное управление последовательностью включения, позволяя независимо конфигурировать выходы с любыми требуемыми последовательностями и задержками. Изменения выходных напряжений или последовательности легко осуществляются через внутренние регистры PMIC. Функциональность GPIO также интегрирована в современные PMIC, такие как ACT88321 и ACT88420, что обеспечивает оперативное изменение конфигурации GPIO-портов.

Преодоление традиционных ограничений PMIC

Несмотря на очевидные преимущества, не все PMIC одинаково совершенны. Многие имеют жестко заданные параметры: фиксированную последовательность включения, неизменяемые выходные напряжения и минимальную гибкость GPIO. Некоторые PMIC с программируемой последовательностью требуют дополнительных выводов микросхемы, что повышает стоимость и усложняет конструкцию. Другие реализуют эту функцию через I2C или проприетарный цифровой интерфейс, создавая замкнутый круг: системному хосту требуется питание для конфигурирования PMIC, а PMIC нуждается в конфигурации для питания хоста.

Более того, в ряде PMIC для программирования выходного напряжения используются внешние резисторы в цепях обратной связи или установки напряжения по умолчанию, что увеличивает стоимость и количество компонентов. Программируемые PMIC от Qorvo полностью устраняют эти недостатки.

Технология ActiveCiPS™ от Qorvo

Для решения этих проблем Qorvo разработала технологию ActiveCiPS™, обеспечивающую полную гибкость в настройке выходных напряжений по умолчанию, последовательности запуска, энергосберегающих режимов, функциональности GPIO и других параметров. Такая настройка не требует дополнительных выводов микросхемы, компонентов или затрат. ActiveCiPS™ поддерживает комплексное программирование PMIC через внутренние регистры, позволяя изменять настройки по умолчанию программным путем без модификации металлизации.

Qorvo предоставляет стандартные оценочные платы с типовыми конфигурациями. С помощью донгла ActiveCiPS и графического интерфейса заказчики могут модифицировать стандартные настройки и сохранять их в оценочном наборе для тестирования.

Рисунок 3: Донгл ActiveCiPS компании Qorvo, подключенный к оценочному набору.

Гибкая и эффективная разработка

После определения оптимальных настроек с помощью оценочного набора заказчики могут приступать к сборке и тестированию своих печатных плат. Изменение исходных требований к питанию обычно влечет за собой корректировку топологии платы и номиналов компонентов. Однако PMIC от Qorvo избавляют от необходимости в повторном проектировании печатной платы. ActiveCiPS™ позволяет тестировать различные конфигурации непосредственно в среде разработки, исключая задержки, связанные с модификацией платы или ожиданием поставки новых микросхем.

Возможность изменения конфигурации стандартными командами I2C также позволяет заказчикам Qorvo приобретать микросхемы с существующими настройками по умолчанию и вносить в них небольшие изменения. Например, PMIC ACT88329VU108, изначально настроенная для питания процессора Atmel SAMA5D3, допускает системную оптимизацию через I2C-команды, что обеспечивает быструю адаптацию и поставку.

Заключение

Для инженеров, нуждающихся в специализированных решениях электропитания, PMIC от Qorvo представляют собой оптимальный выбор. Эти микросхемы обеспечивают гибкость дискретных решений без их недостатков в виде увеличенных габаритов платы, количества компонентов и сложности снабжения. Они сочетают ключевые преимущества PMIC – компактность, минимизацию компонентной базы и простоту применения – с возможностью быстрой адаптации для массового рынка. Технология ActiveCiPS™ от Qorvo эффективно устраняет противоречие между кастомизацией и технологичностью, что делает ее революционной для рынка PMIC.