本文介紹了電源管理芯片的新型封裝技術和具有多種內(nèi)置電源管理與通信接口的高集成度電源管理解決方案，它讓電源設計工程師避免采用多種單一功能的電源管理器件，從而不僅加速設計進程，而且進一步縮短投產(chǎn)的時間。 越來越多的便攜式設備均采用諸如彩色顯示器、立體聲音頻與連接解決方案等復雜的功能。其中一些示例包括：gprs、wlan 與藍牙以及視頻與相機功能等。但消費者并不想使用既大又笨重的設備。相反，他們要求小巧、輕便、用戶界面友好的設計，并需要較長的電池使用壽命。這種消費偏好使電氣設計工程師陷入了進退兩難的局面。其原因是，盡管需要為系統(tǒng)提供更多電量，并且需要生成更多電壓軌，但為當今復雜的便攜式設備設計電源時可用的空間及電池容量卻更小。 為了達到這些技術要求，就需要集成電路提供快速、準確的電荷，以充分利用電池的能量物盡其用；實現(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率及更低功耗，以節(jié)約電池能量；并實現(xiàn)更高的功能集成度及更少的組件數(shù)，以適應縮小的板級空間。以前，使用一些線性穩(wěn)壓器便足以設計出一款簡單的電源。但是，在空間極其有限的設計中運行系統(tǒng)應控制在盡可能低的能量預算范圍內(nèi)，并要求其釋放的熱量達到最低，否則可能會導致散熱問題，這就要求您必須使用更復雜、更低功耗的開關模式dc/dc轉(zhuǎn)換器。它們不僅能夠顯著延長電池使用壽命，而且還能最大限度地縮小板級空間。但是，設計工程師可能會面臨電源軌(power rails)以及更復雜設計等方面的挑戰(zhàn)，前者需要進行排序，而后者則要求選擇正確的組件，以實現(xiàn)穩(wěn)定的開關電源。 圖1：采用散熱焊盤的四方扁平無引線(qfn)封裝，可優(yōu)化功耗設計。 新型封裝簡化復雜的設計 如今，新型的小外型封裝技術、低功耗處理技術以及先進的電源管理方法均可簡化復雜的設計。與以前的引線式封裝技術相比，最近已在市場中確立地位的一種領先封裝技術是 qfn(無引線四方扁平)封裝。這種封裝類型是更昂貴的 wlcsp或晶圓級芯片尺寸封裝的替代技術。wlcsp可將封裝外形減小為集成電路的大小，但在設計中需要采用難以制造的超微細球柵陣列封裝。另一方面，qfn封裝因其小尺寸、低成本以及較高的生產(chǎn)良率而獨具特色。這種封裝工藝具有高速與電源管理電路的某些優(yōu)異的機械特性，包括改進的同平面性與散熱性。由于qfn封裝不像傳統(tǒng)的soic與tssop封裝那樣具有翅形引線--這些引線有時可形成天線，會在高頻應用中產(chǎn)生噪聲--因此其電氣性能比傳統(tǒng)的引線式封裝更優(yōu)異。此外，它們還通過外露的引線框架焊盤提供了出色的散熱性能，該焊盤具有直接散熱通道，用于釋放封裝內(nèi)的熱量。通常將散熱焊盤直接焊接在電路板上，并且pcb中的散熱通孔有助于將多余的功耗擴散到銅接地板中，從而吸收多余的熱量。圖1顯示了這種采用pcb焊接的外露散熱焊盤的qfn封裝。 采用超小型電路結構的新型晶圓處理技術將低功耗0.18微米cmos技術與高電壓、高功率 ldmos功能進行了完美結合。此外，它還為在芯片上集成全面的電源系統(tǒng)奠定了基礎。這些系統(tǒng)集成了所有必需的電源組件，如將電流傳遞給便攜式系統(tǒng)的功率管，以及低功耗內(nèi)存、微控制器與通信接口子系統(tǒng)。這就使得集成的電源管理 ic非常“智能”并且極其靈活。輸入端的高電壓功能允許通過接口直接連接到便攜式系統(tǒng)或車用電池環(huán)境中經(jīng)濟高效的、基于變壓器的 ac/dc 適配器，而不必添加附加保護電路，這樣既會降低成本、又可節(jié)約板級空間。此外，更小的處理結構還意味著縮小了半導體裸片尺寸，進而直接降低了 ic 成本，同時增加了各種功能，減少了總體組件數(shù)。 高度集成的電源管理方案 諸如 i2c 總線等通信接口的增加也為系統(tǒng)帶來了更大的電源靈活性。主處理器能夠以數(shù)字化方式控制其電源，并根據(jù)由負載情況確定的系統(tǒng)要求來動態(tài)調(diào)節(jié)電源電壓。這可以提高功效并節(jié)約電池能量。圖3中的示例說明了此類靈活、集成的電源管理ic，可與支持手持通信及計算系統(tǒng)的應用處理器協(xié)同使用。整個解決方案僅采用了一個用于充電的集成電路、四個高效功率轉(zhuǎn)換通道以及一個支持簡單電源管理控制的、易于使用的通信接口。 圖2a：pfm/pwm dc/dc核心電源電路的高效率分析圖。圖2b：pfm/pwm dc/dc核心電源電路的高效率分析圖。 在給定vd時，聯(lián)解方程3、4、5可以得到vf。如前所述，結溫是考慮器件熱完整性的真正標準，因此應該使用結點到環(huán)境的熱阻rja獲得tj表達式，它是許多參數(shù)的函數(shù)。 該器件包含一個全自動的單節(jié)鋰離子電池充電器，可以通過墻上ac/dc適配器、計算機或其它外設的usb端口進行充電。適配器引腳(ac)上的額定輸入電壓高達20v，允許使用簡單、非穩(wěn)壓墻上電源(其可采用低成本的變壓器與橋接整流器)，從而進一步降低了總體系統(tǒng)成本。所有必