PMIC 是小型電池供電設備的最佳選擇，因為它們可以在單芯片中提供完整的電源解決方案，并包括電壓轉換器、穩壓器、電池電量指示器、電池充電器和 LED 驅動器等功能。

低功耗 PMIC 必須提供緊湊的外形尺寸和高效率，以在可穿戴設備中提供較長的電池壽命。在 SoC（片上系統）、FPGA 和微控制器等計算密集型系統中，目標是最大限度地提高每瓦性能，從而提高整體系統效率。

盡管是設計階段的一個重要方面，但具有電氣關鍵環境的車輛中的直流電源管理對于 ADAS 系統設計人員來說是一個鮮為人知但至關重要的問題。PMIC 解決方案提供直流電源保護、低靜態電流和 EMI 降低，為車輛的能源管理提供舒適的環境。

在各種設備中采用 PMIC 解決方案有助于有效地使用電源并延長這些設備的使用壽命。預計在不久的將來對電源管理 IC 的需求會增加。

挑戰

電源管理正成為一個復雜的問題，隨著微電子系統在尺寸極小化和功耗要求不斷提高方面的發展，它值得開發人員高度關注：這就是可穿戴電子系統正在發生的事情。電力收集技術和最新一代超級電容器的應用可能是有效解決此類問題的良好策略。

具有輕巧緊湊外形的可穿戴物聯網設備需要運行時間短的小型微型電池。電源管理集成電路 (PMIC) 可以通過在需要時啟用/禁用電源塊來提供靈活性，以有效管理可穿戴物聯網設計中的電壓總線。PMIC 基本上可以讓可穿戴物聯網設備在充電之間運行更長的時間間隔。除了設計靈活性之外，PMIC 還包括保護、監控和控制。

電源管理系統將 DC-DC 電源轉換為三種不同的形式，在尺寸、靈活性和效率方面存在差異。線性穩壓器可以完全集成并具有電壓可擴展性，但效率不高。基于電容器的開關穩壓器可以完全集成且高效，但沒有電壓可擴展性。基于電感器的開關穩壓器可以高效且具有電壓可擴展性，不能完全集成。

電源管理子系統的整體設計涉及幾個挑戰。必須有足夠的空間供電源使用，它必須適合所提供的空間。使用自然對流電源時，電源附近必須有足夠的空間以供冷卻。如果使用強制風冷，則需要在電源周圍有足夠的空氣流動。

Dialog Semiconductor 汽車事業部高級副總裁 Tom Sandoval 表示：“為高電流軌供電所面臨的熱挑戰主要與試圖保持器件的內部溫度（結溫）不超過器件規定的溫度有關。” 他補充說：“更高的電流意味著更高的功耗會產生更多的熱量，這使得設計一種在系統的指定環境溫度下提供高電流而又不超過設備指定結溫的設備更具挑戰性。電路設計的整體效率對在給定電流水平下將發生的熱量產生重大影響。此外，用于設備的包裝類型會影響設備在操作過程中的加熱方式。最后，在系統層面，

設計通常很困難且有問題，因此需要很好地了解補償控制周期和特定電源管理 IC 的操作。擁有面向設計的仿真工具有助于加速和簡化 PMIC 解決方案的開發。

解決方案

電源管理 IC (PMIC) 設計有用于可穿戴設備的微功率 SIMO 升降壓 DC-DC 轉換器，可以成為延長電池壽命的有效工具。通過利用整個電池電壓范圍，由于每個輸出都具有降壓-升壓配置的優勢，這些轉換器可以產生高于、低于或等于輸入電壓的輸出電壓。借助每個輸出的可編程峰值電感電流等特性，可以優化設計的效率、輸出紋波、電磁干擾 (EMI)、PCB 設計和負載能力之間的平衡。MAX77650 和 MAX77651 PMIC 包括一個集成的 150mA 低壓差穩壓器 (LDO)，可為對噪聲敏感的應用提供紋波抑制。SIMO 控制方案中的控制器可確保及時處理所有輸出。

圖1：MAX77650框圖

“我們在可穿戴設備、可聽設備和低功耗物聯網領域的客戶群處于高端技術和美學的交匯點。這些是適合日常生活的品牌。Maxim Integrated 移動電源產品線總監 Karthi Gopalan 表示，隨著全球對智能 AI 助手、移動生物識別跟蹤和精確定位跟蹤的依賴程度不斷提高，這些市場正在獲得巨大的吸引力。

她補充說：“借助 Maxim Integrated 的低功耗單電感多輸出 (SIMO) PMIC，我們可以為此類空間受限的設計以最小的外形尺寸提供最高的系統效率。我們的 PMIC 現在可以將解決方案尺寸減半。這可以騰出電路板空間來打包語音命令、支付、GPS 接收器、生物識別、手勢控制、3-D 識別和攝像頭模塊等增值模塊。”

在汽車應用中，PMIC 面臨三個主要挑戰：溫度、資質、安全。汽車應用必須在 -40 到至少 105 攝氏度之間的環境溫度范圍內運行。因此，半導體器件需要在更寬的溫度范圍內具有卓越的性能。

“汽車應用需要更高的質量水平，以確保在超過十年的使用過程中故障率接近零。這對設備的設計、資格要求和測試/篩選都有影響，以確保在汽車的整個生命周期內都能達到最高質量水平，”Sandoval 說。

在許多汽車應用中，存在與安全相關的元素，即防止故障的能力。該設備必須能夠管理電氣故障并提供可能的解決方案。“必須在設備中設計額外的電路以支持這種類型的功能，從而導致更高的復雜性和成本，”Sandoval 說。

Dialog 高度集成的 DA913X-A 器件可實現低系統 BoM 成本和小解決方案占用空間。這些器件以超過 90% 的效率運行，減少了為包括高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 在內的各種系統中的大電流軌供電的熱設計挑戰。

DA913X-A 系列由三個配置為單輸出或雙輸出降壓轉換器的器件組成。DA9130-A 用作單通道、兩相降壓轉換器，可提供高達 10 A 的輸出電流。DA9131-A 集成了兩個單相降壓轉換器，每個可提供高達 5 A 的輸出電流。DA9132-A 還集成了兩個單相降壓轉換器，每個都提供高達 3 A 的輸出電流。所有器件的輸入電壓范圍為 2.5 V 至 5.5 V，輸出電壓范圍為 0.3 V 至 1.9 V，使其適用于各種低壓系統。1.9 V 以上的輸出電壓由外部電阻分壓器支持。

圖 2：DA913X-A 框圖