通過單個(gè)PMIC為您的計(jì)算密集型應(yīng)用處理器供電

為虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的應(yīng)用處理器 （AP） 供電帶來了一些與靈活性、效率和尺寸相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。完全集成的MAX77714 PMIC具有高靈活性和高集成度，非常適合各種空間受限的應(yīng)用處理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高頻操作可最大限度地減小無源尺寸，從而進(jìn)一步減小 PCB 尺寸和成本。

介紹

由于虛擬現(xiàn)實(shí)、嵌入式視覺、物體動作、行人檢測和手勢識別等新應(yīng)用，對高度靈活和自適應(yīng)的 PMIC 的需求正在增長，這些應(yīng)用都需要深度學(xué)習(xí)算法。AP 必須高度靈活且可重新配置，以實(shí)現(xiàn)最新、最有效的算法，并根據(jù)需要添加新功能。該系統(tǒng)解決方案要求低功耗，因?yàn)槠渲性S多應(yīng)用都是便攜式的。因此，PMIC必須支持動態(tài)負(fù)載和低功耗模式轉(zhuǎn)換，同時(shí)體積小且效率高，以最大限度地減少能源浪費(fèi)并延長不受限制的操作。本文討論了在這些應(yīng)用中為 AP 供電的挑戰(zhàn)，并提供了一個(gè) PMIC 示例，該示例在尺寸和效率方面是同類最佳的。

典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí) （VR） 頭戴式設(shè)備的框圖如圖2所示。VR頭顯是一個(gè)計(jì)算密集型環(huán)境。圖像顯示需要專門的圖形處理單元（GPU）和圖像處理單元（IPU）來增強(qiáng)客戶體驗(yàn)。音頻處理需要快速的數(shù)字信號處理 （DSP），而整個(gè)系統(tǒng)由中央處理器 （CPU） 編排。

圖2.VR頭戴式設(shè)備框圖。

VR系統(tǒng)需要優(yōu)化的電源管理解決方案，以支持?jǐn)?shù)據(jù)處理、通信和傳感器功能。負(fù)載曲線是動態(tài)的，并且趨向于較低的輸出電壓，這收緊了負(fù)載瞬態(tài)下降要求。由于處理器位于包裹在整個(gè)人頭上的設(shè)備上，因此較低的散熱解決方案推動了電源管理IC的選擇。

典型接入點(diǎn)電源管理解決方案

圖3顯示了一個(gè)典型的VR電源管理解決方案以及成功運(yùn)行系統(tǒng)所需的幾個(gè)輔助功能。多個(gè)電壓軌為 CPU、內(nèi)存和其他必要功能供電。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （RTC） 和 32kHz 高精度晶體振蕩器 （XTAL） 可實(shí)現(xiàn)精確計(jì)時(shí)。GPIO 擴(kuò)展器提高了開啟和關(guān)閉功能、模塊和傳感器的靈活性。

使用分立IC實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜的功能集在多個(gè)方面都可能非常具有挑戰(zhàn)性：

AP 系統(tǒng)需要一個(gè)無毛刺的上電序列，以便在電壓和溫度的轉(zhuǎn)折條件下成功啟動。系統(tǒng)最終導(dǎo)致過度設(shè)計(jì)和笨重。

如果在正常操作期間遇到系統(tǒng)或調(diào)節(jié)器故障，必須向處理器發(fā)出警報(bào)以確定后續(xù)步驟。此檢測的優(yōu)先級和順序至關(guān)重要。

由此產(chǎn)生的大尺寸解決方案尺寸和較長的PCB走線會對穩(wěn)壓器效率產(chǎn)生不利影響，從而縮短器件的運(yùn)行時(shí)間并增加系統(tǒng)中的散熱。

分立式系統(tǒng)解決方案增加了電路板上的元件數(shù)量，并且由于裝配問題和較差的信號完整性，容易出現(xiàn)更高的故障率。

在分立解決方案中具有許多IC會擠塞I2C 總線并增加處理器讀取關(guān)鍵信息之前的延遲。

圖3.VR頭戴式設(shè)備框圖。

集成解決方案

完全集成的解決方案可以克服設(shè)計(jì)人員使用分立式電源解決方案所面臨的挑戰(zhàn)。圖 4展示了單個(gè)集成 PMIC 如何為 AP 供電，從而在不影響性能的情況下減小 PCB 尺寸、重量和體積。

圖4.完全集成的接入點(diǎn)電源管理。

MAX77714為完整的電源管理IC，適用于采用片上系統(tǒng)（SoC）應(yīng)用處理器的便攜式設(shè)備。兩個(gè)高電流降壓穩(wěn)壓器（SD0 和 SD1）針對 AP 的 CPU 和 GPU 軌進(jìn)行了優(yōu)化，并在輸出電壓（0.26V 至 1.52V 范圍內(nèi)）上具有動態(tài)電壓調(diào)節(jié) （DVS）。輸出級RDS（ON）經(jīng)過優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)卓越的效率，如圖5的競爭分析所示。

這些穩(wěn)壓器還支持強(qiáng)制脈寬調(diào)制控制技術(shù)，以在低負(fù)載條件下將紋波降至最低。另外兩個(gè)降壓穩(wěn)壓器（SD2和SD3）更通用，輸出范圍更寬。所有四個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器均具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，從而最大限度地減少了對外部元件的需求。

圖5.效率優(yōu)勢。

該P(yáng)MIC還具有9個(gè)高度可配置的集成低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器，具有150mA至450mA的電流能力，適用于系統(tǒng)中的噪聲敏感軌。所有 LDO 均具有兩種軟啟動速率，以限制啟動期間的浪涌電流并支持寬輸出電壓范圍。可以將 8 個(gè) GPIO 引腳配置為交替模式操作?？梢詫?4 個(gè) GPIO 引腳分配給靈活的電源排序 （FPS）?？蓪?3 個(gè) GPIO 引腳配置為輸出 32kHz 時(shí)鐘，以同步外部系統(tǒng)。第 8 個(gè) GPIO 引腳可配置為系統(tǒng)喚醒引腳。帶有外部晶體振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供計(jì)時(shí)和鬧鐘喚醒功能。如果不使用此功能，則可以使用可選的內(nèi)部硅振蕩器來節(jié)省BOM成本。強(qiáng)大的開/關(guān)控制器狀態(tài)機(jī)驅(qū)動 FPS 進(jìn)行上電/斷電、故障處理和電源模式控制，而 AP 的干預(yù)最少。此外，還集成了看門狗定時(shí)器，用于系統(tǒng)監(jiān)控目的，以幫助克服 AP 操作掛起狀態(tài)。

PMIC 采用 70 焊球、4.1mm x 3.25mm x 0.7mm、0.4mm 間距晶圓級封裝 （WLP），非常適合空間受限的應(yīng)用。這與小無源器件的高頻操作相結(jié)合（圖 6）。

圖6.評估板PCB布局示例

PMIC 具有多個(gè)配置寄存器，可通過 I 進(jìn)行定制2C 語言可針對多種應(yīng)用量身定制。

結(jié)論

為虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的接入點(diǎn)供電會帶來一些與靈活性、效率和尺寸相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。憑借其高靈活性和高集成度，完全集成的PMIC非常適合各種空間受限的應(yīng)用處理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高頻操作可最大限度地減小無源器件尺寸，從而進(jìn)一步減小 PCB 尺寸和成本。

審核編輯：郭婷