电源管理子系统IC及其应用

　　当今，大多数消费类和移动应用的电池都是基于锂离子技术，如锂离子、锂离子聚合物电池等。这类电池都具有优异的容量性能，并具有3.3V~4.2V电压范围，这允许用3V额定电源的IC在系统中实现有效的电源管理。

　　随着IC电压需要继续降低以使工作时间延长，现在很多系统也需要多电源和更复杂的电源管理功能。为了满足这些要求，设计人员也习惯从多家供应商选用各种现成的低集成电源管理元件，以便迅速地开发产品。往往复杂电路的电源子系统仅包含一个或两个电源和一些分立元件(如低压稳压器LDO和降压变换器)。

　　某些系统设计(特别是便携电子设备)复杂性的增加，意味着需要更多控制，而设计人员应考虑如何使效率最佳化，靠关闭不用的功能并在多电源运行时保证稳定和正确的工作。

　　这样采用多个分立元件已经不够。伴随着设计复性的增加，需要采取系统级方法来设计电源管理子系统，在电压产生和稳压的基本功能中，增加复杂性。靠增加另外的器件到已有的元件集合中，可以满足这样要求，而且不增大成本和PCB面积。

　　除考虑较高的集成度外，还必须考虑支持系统所需的整个性能。从电源管理的观点，要求更多考虑到电源管理子系统所规定的功能，集成所有功能，而不影响技术性能。例如，典型的手持应用具有锂离子电源，控制主要功能的处理器、存储器、外部外设(如显示)、存储器扩展(如SD或MMC卡)和一些模块功能(如数据转换或传感器接口)。这样的系统根据每个功能的不同，需要一些不同的电源。处理器通常需要两个电源--一个用于芯核的低电压(以便节省功耗)和用于接口其他器件的较高电压。模拟功能需要较高的电压来保证工作范围，或提供有力的输出驱动能力，而随着显示大小和复杂性的增加，显示驱动器需要较高的电压。

　　集成的电源管理子系统应该考虑的其他问题包括：

　　*接通系统的方法：采用机械开关还是电子方法？接口如何连接到控制器(典型的例子是双功能开关，它把电源和其他功能结合在一起)。
　　*电池电源超出范围(欠压或过压)。
　　*各个电源的排序：多电压的一个问题是需要首先激励最高电压的电源，以防IC闭锁。
　　*永久激励的电源是否需要休眠功能。
　　*不去掉电池关闭系统。
　　

可以针对这些问题采用标准元件，如POR(通电复位)电路、电池监控IC和PLD(可编程逻辑器件)。然而，系统增加元件会增加成本和增大PCB面积。

　　电源管理子系统IC

　　电源管理子系统IC(PMIC)能集成更多的功能，它处于简单功能器件(如低压稳压器LDO或开关转换器)和复杂的系统芯片IC(包含电源管理等很多功能)之间。

　　PMIC(图1)的目的是为锂离子供电的便携应用提供核心功能，为最大电池寿命提供有效的工作。核心功能通常是高效率降压转换器和若干低静态电流LDO。

典型系统中的PMIC示于图2，需要注意几个不同的外部问题。例如，电源管理需要直接与电池(一般是单个锂离子电源)接口，而工作时有没有控制器产生和控制若干系统电源。在最简单的系统(没有控制器，但需要多个电源)中，加一个合适的电池电压和使能信号将启动器件，激励所有的稳压器。PMIC可以继续工作，直到用户用ONKEY引脚关断器件或发生错误条件为止(如低电池电压)。

从控制和可编程性观点看，关于稳定输出电压的选择越多，灵活性就越大。通过专门引脚，用简单控制接口到微控制器是一种简单的选择，通过I2C总线用更全面地控制，可以提供可编程输出电压。

　　通常，PMIC包含若干LDO稳压器、DC-DC降压转换器和其他功能。

　　LDO电压稳压器是电源管理系统的中心部分，能为系统中其他IC产生稳定、低噪声电源电压。LDO的重要性能参量是电源抑制比(PSRR)和静态电流，后者将直接影响待机时间。每个稳压器的静态电流似乎是小的，但系统中有多个稳压器和其他功能加起来会增大10或20倍，这会变得很大。

　　PSRR是干扰电平的量测，一旦发生稳压，PSRR仍然呈现在电源线上。若这种瞬态不能被抑制，则它们会呈现在音频频段，成为不舒服的音调。另外的情况是会添加对RF信号的调制，这可能导致假的传输，而需要另外的滤波来去除它们。

　　为了在宽频段达到高PSRR，LDO误差放大器通常具有偏置电流校准，用于最坏工作条件下校准最高输出电流。随着偏置的固定和与电流定位无关，这会导致放大器过偏置和消耗比低电流定值所要求的更高静态电流。基于此原因，高性能LDO设计通常需要有低功率休眠模式，以降低低电流定值下的低效率。

　　Dialog Semiconductor 公司的专利是解决此问题的独特方法，是采用称之为Smart Mirror LDO稳压器的设计技术，这种稳压器比当今所用的其他稳压器具有更佳的PSRR性能。