低噪聲+高功率密度 電源行業先進器件和應用

電源管理可以有效地將電源分配給系統中的不同組件，通過控制和監測電源系統中電壓或電流的輸入和輸出，保證電源系統的安全穩定與高效運行。因此，電源產品性能的優劣會直接影響整個系統的運行效率和使用周期，在電子設備中至關重要。常見的電源管理芯片有線性穩壓器（LDO）、電荷泵（charge pump）、DC-DC轉換器、AC-DC轉換器等，應用領域涵蓋消費電子，工業、汽車以及電信設備等幾乎所有數字化場景。近年來隨著汽車和消費電子等行業的需求迅速增長，電源管理也成為了電子行業增長最快的領域之一。

ADI電源新技術

?P90技術簡介

P90是ADI公司的大批量先進電源平臺技術，也是目前其電源產品大量應用的工藝。P90工藝最大的優勢就是在5V~80V工業電源的應用場合擁有業界領先的RA密度，即晶體管電阻面積（Resistance Area），相同晶體管的條件下面積越小越好，因為這樣會降低工業成本，也就是說P90技術實現了高效率和低成本的平衡。

基于P90技術的產品比上一代有更大的提升，比如同樣都是90nm的工藝，P90就比S90的晶圓成本低30%，比上一代的S18的晶圓成本低10%。P90工藝兼容1.8V和5V的CMOS工藝，目前的很多產品電壓越做越低、電流越做越大，比如目前人工智能等運算量大的應用場合，電流都是幾十安培以上，相比之下P90工藝更適合這些低壓大電流的場合，同時也可以兼容到和邏輯直接接口的產品。

此外，P90在用于配置參數的電源應用產品，或內置MCU控制器的一些電源類產品可以最高支持32KB集成閃存。值得一提的是，P90目前都是用更高電導率的銅材料作為互聯的，可以實現一些電流密度更高、阻抗更低的要求，而且可承受更大的沖擊。

?Silent Switcher 3

ADI公司的Silent Switcher技術是開關模式電源問世以來電源領域的先進成果之一。這項降噪技術在許多噪聲敏感應用中改善了EMI性能，提高了系統效率、輸出紋波性能，縮小了解決方案總體尺寸。ADI的開創性設計社區仍在繼續開發Silent Switcher技術，以進一步降低系統噪聲水平，不斷擴大應用范圍覆蓋更多領域。

Silent Switcher穩壓器可提供新的性能水平，同時具有高效率（高達96%）和低噪聲性能，不會影響尺寸，也不需要過多的外部元件。Silent Switcher架構使用專有設計和封裝技術，以盡可能在高頻率下實現更高效率，提供更低的EMI性能，并通過使用非常緊湊可靠的設計，以便更容易通過CISPR 25 5類EMI 峰值限制。

Silent Switcher解決方案支持高達65 V的輸入電壓、高達30 A的負載電流，以及最小導通時間短導致的高降壓比，適合眾多應用，包括工業、儀器儀表和測量、醫療健康、航空航天、通信、汽車、能源、數據中心等。

與ADI合作了三十多年的技術型授權代理商Excelpoint世健多年來基于ADI的產品和解決方案組合，打造了多個貼近客戶應用需求的解決方案并獲得了市場的認可。針對ADI的儲能系統產品，世健結合當前市場，重點推薦一款基于Silent Switcher 3技術的產品LT8625S。

LT8625S同步降壓調節器將超低噪聲基準與Silent Switcher架構相結合實現了高效和卓越的低頻（0.1Hz~100kHz）輸出噪聲性能，同時基于最新的Silent Switcher 3架構，最大限度地減少了EMI發射，同時在高開關頻率下提供了高效率，是高電流、噪聲敏感應用的理想選擇。

汽車電源

?汽車電源ASIL

ASIL（Automotive Safety Integrity Level）是汽車安全完整性等級，最新的ISO 26262標準是以安全相關電子電氣系統的特點，基于IEC 61508《安全相關電氣/電子/可編程電子系統功能安全》制定的道路車輛功能安全標準，該標準為開發車規產品提供了一個符合ASIL的框架。

ISO 26262是史上第一個適用于大批量量產產品的功能安全（Functional Safety）標準，僅針對安全相關電子電氣系統，包含電機、電子與軟件零件，不適用于機械、液壓等非電子電氣系統。

隨著越來越多的ECU等電子系統被應用，安全的設計在汽車領域越來越被重視。在自動駕駛主動安全市場的驅動下，影響人類安全的汽車電子系統必須要有很高的功能可靠性，所以通過汽車電子系統生命周期（設計和生產）特殊程序和要求的相關電子電氣系統都需要遵循一個標準且完整的功能安全框架（ASIL）。

?汽車電源管理

ADI公司專為汽車設計的電源產品覆蓋汽車座艙電子和信息娛樂系統、車輛自動駕駛和安全、汽車LED驅動器以及電池管理和動力總成等電氣化系統，確保其符合ASIL框架。不同的產品可以實現不同的功能，包括電壓調節、直流轉換等。

ADI在汽車電源產品有5大戰略目標：高性能（高效率、低功耗、低噪聲）、ASIL（ADAS解決方案）、聯合開發、高功率密度、小型化。正如上面所說，ADI擁有非常全面的汽車電源管理產品。接下來，我們將從無電感（電荷泵）DC/DC轉換器、LDO 線性穩壓器以及PMIC 和多功能來闡述說明。

首先，ADI的電荷泵系列提供最廣泛的簡單緊湊型無電感DC/DC轉換器設計，包括降壓、升壓、降壓-升壓以及反向等多種子分類。這些轉換器可用于升壓、降壓或反相輸入電壓。由于不需要電感，這些開關電容轉換器可簡化設計，且解決方案尺寸很小。此外，通過片內集成擴頻技術，大幅降低了輸入和輸出噪聲。

其中，穩壓降壓型電荷泵系列用于將輸入電壓遞降/降壓至較低的調節輸出電壓。開關電容轉換器能夠比傳統電感切換器提供更小的解決方案尺寸和更簡化的設計，同時比線性穩壓器提供更高的效率和更低的運行溫度。主要特性包括低靜態電流、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式（Burst Mode）操作、過溫、故障和短路保護。

穩壓升壓電荷泵系列用于將輸入電壓提高或提升至更高水平的穩壓輸出電壓。由于不需要電感，與傳統的感性開關相比，這些開關電容轉換器提供很小的解決方案尺寸和簡單設計。主要特性包括低靜態電流、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式（Burst Mode）操作、過溫、故障和短路保護。

穩壓降壓-升壓電荷泵系列接受高于、等于或低于輸出電壓的輸入電壓，并且可用于將輸入電壓升高或下降至穩定輸出電壓。由于不再使用電感，這些開關電容轉換器可作為開關穩壓器拓撲的替代方案，減小解決方案的尺寸并簡化設計。主要特性包括低靜態電流、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式（Burst Mode）操作、過溫、故障和短路保護。

其次，ADI擁有各類高性能低壓降（LDO）線性穩壓器，這些 LDO 線性穩壓器提供極低壓差、快速瞬態響應和出色的線路和負載調整，并具有在有線/無線和音頻系統、FPGA/DSP/μC 電源以及 RF 和儀器儀表領域的最終應用中增加性能價值的功能，無論是需要低噪聲、高 PSRR 還是緊湊封裝。

ADI的電源管理IC（PMIC）產品組合了電池充電、電源通路（PowerPath）控制、以及一個或多個 DC-DC 穩壓器，旨在實現針對手持式產品的完整電源解決方案。PowerPath 產品和架構允許從VIN 和電池向負載供電，從而確保較短的充電時間，并為便攜式設備設計提供更大的靈活性。它們還可在電池電量耗盡的情況下于系統中實現“即時接通”。其他特點包括用于 USB 和墻上適配器的雙路輸入、開關穩壓器、比較器或 LDO。

工業電源

?SIMO

SIMO（Single-Inductor Multiple-Output）指的是一種單電感多輸出的架構。在傳統開關電源設計中，每個開關電源都需要一個外部電感，多路輸出就需要多個電感。SIMO既降低了BOM成本，也減小了PCB面積。多路均為開關式輸出，因此具有更高的效率，將電能最大限度提供給系統應用而不是被消耗，也會延長系統的工作時間。

SIMO架構為需要較長電池壽命的微型設備提供了出色的解決方案。傳統的開關穩壓器拓撲中擁有多個電感，這些電感體積大、成本高，對小尺寸產品來說是一個不利因素。線性穩壓器速度快、結構緊湊、噪音低，但會產生損耗。將多個低壓差穩壓器（LDO）與DC-DC轉換器混合使用，比單獨使用LDO的設計尺寸要大。

SIMO架構能夠在較小的設備中實現集成功能，無需使用多個分立元件。通過減少所需電感的數量，同時仍保持開關轉換器的效率，SIMO架構幾乎是小型超低功耗設計的理想拓撲結構。

圖.SIMO架構框圖

電感飽和電流（ISAT）是電感下降一定百分比時的電流，它由給定磁芯材料和結構的電感磁芯尺寸決定。通過將幾個電感組合成一個，可以減小所需電感的總體尺寸。SIMO具有以下優點：

1. 進一步節約了成本，減小了尺寸；

2. 可用元件值實現量化；

3. 時分復用：如果一個系統在另一個系統開啟時處于關閉狀態，它們可以“共享”所需的ISAT；

4. 均值：即使沒有專用時隙，電流使用峰值也經常出現在不同的時間。這導致ISAT要求降低；

Excelpoint世健對比發現ADI公司的SIMO轉換器提供了兼顧尺寸和損耗考量的優化方案。其架構能夠以單個DC-DC的尺寸，提供DC-DC轉換器的優勢，同時還集成幾個LDO。減少電感數量后，無需考慮電感之間的空間，有助于進一步減小總尺寸。

ADI的SIMO電源管理IC系列使用一個電感來提供多個開關降壓-升壓調節器。高效轉換有利于延長電池壽命，超緊湊的尺寸和低物料成本則為空間有限的可穿戴設備、耳機、物聯網和其他電池供電的小型消費電子設備提供非常合用的解決方案。

此外，附加的集成功能和特性進一步簡化了低功耗便攜式設備的設計，是通過集成電池管理（充電器和燃油表）、對噪聲敏感的電源軌的LDO輸出，以及用于控制上電和關斷的板載時序控制器等功能實現的。I2C接口提供完全定制電源管理IC的能力，支持動態電壓調節（DVS），以實現進一步節能和自定義的電源使用。

比如新型電源管理IC（PMIC）MAX77650和MAX77651采用微功耗SIMO降壓-升壓DC-DC轉換器設計。PMIC中集成的150mA LDO為噪聲敏感型應用提供紋波抑制。在MAX77650/MAX77651中，SIMO通過單個電感提供三個獨立可編程電源軌，支持實現創新的電源管理解決方案。與其他分立解決方案相比，高度集成的SIMO架構有助于顯著減小整體解決方案的尺寸。

?NANOPOWER

Nanopower是一種特別的技術，可以使單功能模擬信號IC和混合信號IC消耗的電源電流或靜態電流（IQ）低于1μA，幫助大幅降低功耗，從而延長電池的使用壽命。Excelpoint世健發現ADI公司的nanoPower Technology產品使設計人員可選用更小巧的電池，減少電池充電或更換電池需求，從而延長產品正常運行時間。

電池供電應用繼續呈指數增長，包括數量龐大的物聯網（IoT）設備、可穿戴設備、健康狀態監控器和現場傳感器。這些設備突破了技術極限，要求實現更長的運行時間、更低的散熱和更小巧的外形。靜態電流（IQ）是占空比系統中的主要功耗因素，降低靜態電流有助于發揮系統優勢。

Excelpoint世健認為，ADI的nanoPower Technology產品消耗的靜態電流不到1 μA，使系統能夠發揮出色性能，實現更低散熱和更長的工作壽命。世健結合當前市場，重點推薦MAX38640–MAX38643系列。

MAX38640–MAX38643是超低330nA靜態電流降壓（降壓）DC-DC轉換器的nanoPower系列，其工作電壓為1.8V至5.5V，支持高達175mA、350mA、700mA的負載電流，峰值效率為96%，只有5nA的停機電流。這些器件提供超低的靜態電流、小的總解決方案尺寸和整個負載范圍內的高效率，因此非常適合電池壽命較長的電池應用。

MAX38640–MAX38643系列采用獨特的控制方案，可在寬輸出電流范圍內實現超低靜態電流和高效率。MAX38642不包括停機時的有源放電電阻器，該電阻器允許輸出由另一個電源或充電的輸出電容器調節或保持高電平。

MAX38640–MAX38643器件提供1.42mm x 0.89mm 6引腳WLP（2 x 3凸塊，0.4mm間距），以及2mm x 2mm 6引腳和微型DFN包，所有零件都指定在-40°C至+85°C擴展溫度范圍。

綜上所述，Excelpoint世健認為，ADI公司的電源新技術和解決方案不僅通過先進的設計和封裝技術滿足嚴格的電源要求，包括出色的功率密度、超低噪聲技術和出色的可靠性，同時也為市場未來的技術創新提供了基礎，能幫助市場更好地迎接各類挑戰。