蜂窝电话和笔记本电脑成为功率管理IC的两大主攻市场

上网时间: 2001年10月27日? 作者:毕伟胜? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:电源IC器件? 蜂窝应用?

尽管蜂窝电话市场出现了暂时低迷,但功率管理IC器件供应商并没有止步不前,它们正朝着便携和无线设备的下一个收获期大踏步迈进。供应商已经在最大限度延长电池寿命方面取得了进展,此外,由于系统日趋复杂、电源危机问题日益突出、且客户资金偏紧,供应商纷纷采取器件混合搭配的方法完成功率管理功能。

构件(building block)方式目前正统治着功率管理IC器件,这些构件可用于保护额定电压较低的大规模集成(LSI)元件,也可适应蜂窝电话和其它便携产品的不断升级换代。最新构件芯片往往采用更为精密的CMOS、BiCMOS和双极技术。为满足小尺寸的要求,许多最新产品都采用了超小型SOT23和SC70封装,如为背光液晶显示提供基本电源的多输出降压和升压DC/DC转换器。

无线和便携产品对电源要求存在明显不同。蜂窝电话、掌上型电脑以及其它无线设备的电源大多采用能够产生几百毫安电能的镍镉或锂离子电池。单片电路电源控制器能满足最大3安培供电需求。对于锂离子供电的笔记本电脑,其处理器电流的峰值已经达到40安培左右、内核电压可以低至1V以下。在单相3A或以上工作电流下,基本笔记本电脑系统需要通过各种构件为不同的外设提供电源。一般在15安培以上的笔记本电脑就会采用多相DC/DC控制器,并需要配备外部MOSFET驱动器件。

占位面积主导器件的选择

尽管蜂窝电话市场最近出现了滑坡,但大多数芯片制造商都预期该市场会迅速出现反弹,并实现快速回升,3G无线系统已经在日本启动。国家半导体公司便携电源系统产品线总监Peter Henry说:“蜂窝电话市场出现下滑,但我们对今年年底的形势和前景抱着乐观的态度。下一代电话肯定是多功能、高性能设备,且有更加丰富的特性。”

封装将是选择手机用功率器件不可或缺的要素,它很可能会决定第三代手机的实现进度,重要性甚至高于高效电路拓扑结构。国家半导体公司便携移动系统营销和应用总监Steve Hunt认同道:“尺寸大小是关键所在。最终的功率解决方案将是由多块8~20引脚小型封装的元器件组成,如具备多种工作模式和提供几百毫安电流的开关稳压器、低功耗和深层睡眠模式的低压降稳压器。与之相对,LSI器件则可能采用150引脚封装,且无法提供构件方式可实现的功能。”

国家半导体公司的功率管理IC大多采用了其1998年年底推出的Micro SMD系列芯片级封装。“开关稳压器、线性低压降稳压器或白色LED驱动器等很多单功能电源IC现在往往配备几个输出,而LSI器件则可能拥有6或7个低压降稳压器,并集成很多其它功能。”

Henry认为,如果没有Micro SMD封装,“我们就无法在保证手机尺寸不增大的情况下,提供用户迫切需要的一些特性。”国家半导体公司的最新Micro SMD产品包括移动电话、PDA和手持PC用LM2612可编程降压式DC/DC转换器,以及具有模拟亮度控制能力的LM2792开关电容LED驱动器,后者可以设计驱动两个白色(或蓝色)LED,通常用于背光彩色显示。

Vishay Siliconix公司同时涉足无线和便携领域,该公司业务开发总监Jerry Bernocchi说:“较小占位面积封装是问题的关键所在。SOT-23封装经过不断演变和改进,其5~6引脚封装目前只需占用9平方毫米面积。蜂窝电话以及类似产品需要超级芯片尺寸封装,这些封装将重点放在缩小裸片尺寸上,而替代方案则将重点放在ASIC中集成更多功能上,而且这些ASIC都是专用的,因此其功能较为有限。”Vishay公司即将针对第3代蜂窝电话推出可编程输出电压9174/75降压转换器。

快捷半导体公司新产品计划总监Reno Rossetti称,单/双低压降稳压器、充电泵和降压转换器等单功能器件的出现是业内的一件大事。该公司的最新器件包括FAN250x和FAN250x CMOS低压降稳压器,它可以向GSM和TDMA蜂窝手机提供最高200毫安的电流。该公司的ML4851-4则是一块低功耗BiCMOS升压稳压器,可以对1~3个蜂窝应用同时进行整流。

作为无线领域市场新进,凌特有限公司功率管理总经理Dave Bell称该公司填补了专用和通用应用之间的鸿沟。其中,蜂窝电话、DSL调制解调器和PDA用降压DC/DC转换器LTC3404可以提供最高600毫安电流,额定开关频率为1.4MHz,迎合了开关频率向较高频率(最高至3MHz)提升的总体趋势。该公司还推出了LT1944双升压转换器。

作为凌特公司的竞争对手,Maxim集成产品公司也是功率管理领域的强劲竞争者,产品包括无线装置、掌上型电脑、LCD和笔记本电脑用线性(低压降)稳压器、同步控制器以及电池充电器芯片。Maxim公司已经扩大了公司网站中设计服务栏目的规模,为电源厂商提供设计帮助。

无线系统的日益复杂化推动着各厂商朝着更高集成和更低功耗方向迈进,这种趋势还可能蔓延至便携市场。在能够同时实现小规模和大规模集成的厂商中,安森美公司目前正携其定制和半定制器件着重开发无线市场,其产品范围包括分立芯片以及功率管理器件。该公司应用工程师Jim Hill认为:“蜂窝电话需要实现更高集成度。但在实现新特性的过程中,设计人员往往没有太多时间,因此我们推荐构件的方式。”

安森美公司的产品包括背光显示用NCP-5008和NCP-5009升压转换器。据模拟营销经理Tim Hedquist介绍,5009转换器运用光电晶体管电路侦测周围环境光亮,以便进行动态调节获得适当的输出电流。

德州仪器公司也拥有广泛的通信IC、功率管理和电源IC,几年之前它通过收购Benchmarq公司和Power Trends公司巩固了在后两个领域的实力和地位。德州仪器公司拥有DSP技术专长,这在功率管理应用中越来越受欢迎。它最近针对锂离子应用推出了TPS791/794系列低压降产品、TPS62000降压式转换器和TOPS61010升压转换器以及BQ2057充电器IC和BQ2019电池监控器IC。

多相位技术开始应用于笔记本电脑

笔记本电脑市场的功率管理大多关注CPU和接近40安培的峰值系统电流。设计人员现在求助于多相DC/DC转换器(每相位300kHz或以上,向1MHz/相位方向发展),并采用外部驱动器提供低波动电流,同时保持高效能。由于输入电压升至20V以上,输出电压低于1V,实现奔腾机型要求的高瞬时响应已经日益困难。最终,达到较高电流和较低电压的基本要求也会变得日益艰难。

Intersil公司产品开发高级经理John Nettle说:“单相系统的实际限制约为19安培,高于这个数值,则外部元器件的尺寸必须大幅增大。”Intersil公司最近针对AMD公司的最新移动Athlon 4和Duron处理器推出了ISL6223两相集成PWM控制器。这种“单级”器件通过16~20V输入,为两相、高电压MOSFET输出级(26~28安培)提供适当驱动器。与其它竞争产品相比,ISL6223器件在升压效能上具有2%~3%优势。

该公司其它面向笔记本电脑的新产品包括IMP6220A,这是一种5输出稳压器,通过两个线性稳压器提供3.3V和5V电压,通过三个脉宽调制控制器提供3.3、5和12V电压。ISL6235具有类似电压要求,其主要设计用途为配备LCD显示屏的PC机,后者的适配器直流输入电压一般在16~22V范围之内。

凌特有限公司产品营销经理Tony Armstrong说:“超过20安培,各方面就开始发生变化。MOSFET额定值必须提高,你也需要更高感应系数。多相产品为较少大电容提供良好的瞬时响应。”凌特公司目前正在销售LTC3716两相转换器,为英特尔公司Coppermine机型提供26A或更大电流。LTC1709则是针对AMD产品的类似器件。

在功率管理领域,采用多相位技术已经日益成为一种潮流和趋势。ADI公司功率管理营销经理Arman Naghavi说:“一年前,这种趋势出现在桌面领域,现已开始进入笔记本电脑领域。它意味着元器件尺寸缩小且波动减少。尽管它对瞬时响应没有太多帮助,但也是处理这个问题的一条更加高效的途径。”

目前,ADI公司提供单相ADP3422/3415,这是针对20安培业务的降压控制器/MOSFET驱动器芯片组。这种芯片组符合下一代英特尔移动电压配置(IMVP II)技术规范,其设计对处理器的核心电压和频率参数进行精心管理,最大限度延长笔记本电脑的工作时间。ADI现已提供40安培和以上应用双相和四相控制器样品,并声称其首款移动应用双相控制器也将很快上市。

快捷半导体公司为移动PC提供FAN5230稳压器(5路稳压输出),为笔记本CPU提供FAN5231双脉宽调制控制器和线性稳压器,为LCD PC机提供FAN5235稳压器,为双数据率SDRAM器件提供FAN5236双电压稳压器(1.25和2.5V)。

期待电源技术取得突破

双相和三相CPU稳压器目前正在开发之中。但Rossetti认为:“多相方案也不是最终答案。”除了DC/DC拓扑结构之外,人们正在日益关注一些更加基础的问题,如电源本身的能力。Vishay Siliconix公司Oldham称:“限制因素来自电池。”

Vishay公司的最新笔记本电脑DC/DC转换器包括9137/9138蜂窝电话、PDA和其它手持设备用TSSOP-16封装以及通用微处理器控制Si9731DQ电池充电器。

在这种背景下,电池管理肯定会呈现新局面。Intersil公司Nettle说:“电量表以前一直没有受到重视,产品往往比较粗糙,今后我们将会看到更先进的电池性能测量和电池参数保存系统。高分辨率A/D转换器将监控、计算并最大限度保持电池使用时间。”

但是,仅仅解决电池问题,仍然无法解决电源危机。最好的解决方法将是开发新的电源技术。快捷半导体公司Rossetti说:“如果燃料电池取得突破,那将是革命性的。它将在很大程度上消除充电器的存在必要。现在,我们需要考察应该通过何种方式投资充电器产品。我们将会继续开发充电器产品,但我认为燃料电池在五年之内将会出现革命性转变。”

另一主要市场:电压管理器

电池充电器的主要构件之一是电压管理器。Micrel半导体公司的MIC2755器件据称是第一批电池系统管理器IC之一,可以报告三个电池的状况,并在关机和重新启动时控制系统稳压器工作。

Xicor公司则专攻微处理器和电池管理,它刚刚推出了采用数字电位计的集成式系统管理IC器件系列产品。其中X4023x内含三电压监控器、单和双数字电位计、保护/控制/启动逻辑、2K字节EEPROM(非易失性)存储器。该公司称,分立解决方案的占位面积是该集成式的6倍。Xicor公司营销副总裁Mike Levis说:“这是一种全新的集成,它集成有数字电位计、混合信号电路、EEPROM存储器和双线串行接口,向我们的客户提供了实际可用的解决方案。”应用范围包括LCD对比和背光控制、脉冲宽度调制频率控制和射频调节。该器件拥有256拍数字电位计电路(0.4分辨率)。X4023x工作在2.7~5.5V单电压范围之内。

Sipex公司也涉足了电压管理器市场,提供锂离子和碱性电池用SP6639/40/53系列降压稳压器。Sipex公司的其它产品包括SP6122降压控制器,据称可以简化由线性到开关稳压器的转换;提供500毫安电流的SP6650降压转换器;SP6661 200毫安充电泵以及蜂窝电话用SP4439电致发光灯驱动器。此外,兼并Linfinity公司的Microsemi公司也提供电池供电应用专业产品。

作者:毕伟胜


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