确保物联网的计算能力适用于应用处理器的高效电源

2020-04-10 09:47:58 ROHM

关键词: 物联网

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。