整合三個降壓穩壓器的PMIC瞄準手持式應用

凌力爾特(Linear Technology)最近針對手持裝置發佈了一款單一封裝的整合型電源管理模組LTC3555，整合了開關模式USB電源管理、電池充電器與三組內建同步降壓穩壓器，以及‘always-on’LDO， 主要特色是可轉換來自USB埠的2.5W全部功率，從而將USB供電量從限定的500mA提升到700mA。

“一般來說，USB規格僅支援到500mA，因此可支援700mA的LTC3555將大幅提升充電效率，”凌力爾特資深設計經理Trevor Barcelo表示。該元件是針對鋰離子/聚合物應用的新一代電源模組，凌力爾特表示，這是該公司首次針對手持應用推出完全整合式的產品，它內含一個1A與2個400mA總共三組同步降壓穩壓器，以及一個低損耗的理想二極體。

整合在內部的180mΩ理想二極體是LTC3555降低功耗的關鍵設計之一。這個內建的理想二極體始終處於開啟狀態，當輸出電壓低於電池電壓時，能快速進行響應。當USB或牆式轉接器的充電電源被移除時，所有的電源都會立刻透過該理想二極體由電池進行供電。由於理想二極體較傳統蕭特基二極體具有更小的電壓降與反向泄漏電流，因此這種設計有助於減小手持產品功耗，並延長電池壽命。

不過，儘管採用了內部低損耗理想二極體，但由於實際應用中，理想二極體仍會產生些許損耗，因此針對部份需要極高功效的設計，也能透過在外部設置一個P通道MOSFET來減小理想二極體的阻抗。

手持裝置的電源管理在最近幾年來一直是最熱門的議題，隨著手機、數位相機與MP3出貨量節節高升，引領半導體產業發展的主流應用正逐漸從PC轉換到手持產品領域。

“就2007年來看，含NB在內的PC市場全年市場規模約2億2,000萬台，但手機市場預估達10億部、MP3預計1億4,000萬部、數位相機與PDA預估分別為9,000萬及1,500萬部，另外，崛起中的個人導航設備(PND)與全球定位系統(GPS)也預計有1,000萬台左右的市場量，”凌力爾特應用工程經理陳德賢表示。

由於手持產品要求更小的體積與更多功能性，在一般情況下，礙於技術或製程特性的限制，很難對應用中的各種射頻、基頻及處理元件進行整合，因此，高度整合的電源管理模組，將成為新一代中高階手持裝置進一步微縮尺寸的全新選擇。

除了整合，還必須確保效率，陳德賢表示。因此，LTC3555的三組內建同步降壓穩壓器具備100%工作周期操作，可調式輸出電壓可降至0.8V。其內部低導通電阻開關效率可達94%，這對延長電池使用壽命來說相當關鍵。“因為低效率會讓損耗轉換成熱能，對手持裝置來說，發熱也意味著設計不良。”

另外，在輕負載條件下，該元件的突發模式操作可實現每個穩壓器靜態電流低至35uA的效能。該元件開關頻率為2.25MHz，可搭配低成本陶瓷電容使用。這種組合可實現非常低的輸出漣波電壓，“我們的輸出漣波電壓平均都在50mV以下，針對某些設計，該數字還可以更低，”陳德賢透露。

LTC3555也是首次整合了I2C控制能力的手持裝置用電源模組，“過去要讓電源裝置與微處理器通訊，工程師必須自已佈線。但現在，只要透過該元件的I2C接腳，就能省去這部份的設計時間，”Barcelo表示。

目前凌力爾特提供的展示板已經能以16 x 18mm的小尺寸實現完整的電源管理方案，初期目標將鎖定中高階的手機、智慧型手機、PDA等裝置。

PMIC內部整合了三個同步降壓開關穩壓器。

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圖：首款用於手持裝置的PMIC內部整合了三個同步降壓開關穩壓器。

作者：鄧榮惠