评谈：便携式应用挑战电源芯片的发展

2013-05-27 10:02

　　在过去二十年间，便携式电子设备的迅速普及推动电源芯片以令人难以置信的速度增长，并且使电源半导体市场成为首当其冲的重要市场。二十年前，几乎所有的电源管理芯片 (IC) 均为各种管理、监控以及转换线路电源（来自于电网的交流电电源或者满足半导体器件要求的直流电电池装置）的器件。

　　由于包括手机、便携式媒体播放器、数码相机、个人数字助理、便携式医疗设备、移动视频游戏及平台等许多类似设备在内的便携式电池供电的消费类电子应用的爆炸式增长，这种状况已经发生了翻天覆地的变化。现在，至少有一半的电源管理半导体器件被集成到便携式设备中，这一改变的另一方面还体现在锂离子 (Li-Ion) 电池数量的迅猛增长上。自 2001 年以来，全球生产的锂离子电池数量增长了四倍多[1]。

　　事实上，对于移动电子系统的需求以及随之而来的对更多便携式电源解决方案的需求，才是繁荣的电源管理集成电路市场背后的推动力。半导体产业最近几年的总体年增长率约为 7%，而自 2002 年以来电源芯片一直以 15% 的总体年增长率持续增长[2]。并且，电源半导体有望以这种速度持续增长到 2011 年[3]。总体而言，由于电源

　　设备的出货量一般会超过半导体器件，因此，电子系统的电源芯片（更确切地说也就是电池供电的移动应用）将会显着增长的说法是勿庸置疑的。

　　便携式应用的挑战

　　当您对这种具有高功效、小尺寸特点的便携式电源的迫切要求以及当今便携式电源设备提供的复杂功能进行了解时，您就会很容易地发现这种发展趋势的根源所在。在许多移动系统中，要满足所有存在于一个单个移动消费类电子设备中的各种电源的要求就需要使用多个电源芯片。

　　例如，在二十年前，一个电子系统中的电压轨数量很少会超过三个或者四个。今天的手机常常会拥有多达 14 个或者更多的电压轨。膝上型电脑通常具有 11 个或者更多的电压轨。一个电压“轨”即为一个由电源装置 (PSU) 提供的单电压。每一个电压轨通常要求一个降压（减少）或升压（增加）、调节以及排序的新电压电平转换。这种电压轨的增长可以被部分地归结为摩尔定律，即集成电路的密度每两年翻一番。

　　随着芯片制造工艺几何构型在过去的数年中变得越来越小，电压电平也急剧下降，以便支持该新型工艺技术。那种大多数半导体均为 5 伏电压器件的日子一去不复返了。例如，单个手机中的芯片拥有数个低至 0.9 伏（用于数字基带器件）和高至 30 伏（用于一系列为键盘区域和显示器提供背光照明的发光二级管）的电压电平。

　　便携式系统中芯片的低电压电平也对系统电源设备的复杂性和精度提出了挑战。几年前，大多数芯片的额定电压电平为 5 伏，电源通常被调节至 5 伏的 5% 或+250 mV 以内。而在当今许多便携式系统中，一个 1.5V 芯片要求电压调节在其 1.5V 电平的 1.5% 以内或者+22 mV 以内。这表明电压调节精度增长了 10 倍。

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