手掌大小的電子產(chǎn)品——有足夠的空間——執(zhí)行一系列相當(dāng)復(fù)雜的功能。從持續(xù)監(jiān)測(cè)生命體征的腕戴式健身手環(huán)到進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)言翻譯的耳戴式設(shè)備，這些復(fù)雜的設(shè)備都帶有一些嚴(yán)格的設(shè)計(jì)考慮：

PCB面積

散熱

電池壽命

噪音

由于新功能增加了電源軌

上市時(shí)間

產(chǎn)品定義技術(shù)人員主要成員 Gaurav Mital 表示，與傳統(tǒng)的大型電源解決方案相比，使用單個(gè)電感器、多輸出 （SIMO） 升降壓架構(gòu)可以幫助解決當(dāng)今許多智能連接設(shè)備所面臨的普遍挑戰(zhàn)在 Maxim 的移動(dòng)解決方案業(yè)務(wù)部。Mital 最近與 Hackster.io 合作舉辦了一場(chǎng) 45 分鐘的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，題為“為什么便攜式電子設(shè)備使用 SIMO PMIC 表現(xiàn)更好”，以討論這項(xiàng)技術(shù)。

“物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，消費(fèi)設(shè)備正在推動(dòng)這種增長(zhǎng)。這些是可穿戴設(shè)備、可聽(tīng)設(shè)備、遙控器、生命體征監(jiān)測(cè)……”米塔爾說(shuō)。“我們需要小尺寸的解決方案。我們必須很好地控制熱量，因?yàn)楝F(xiàn)在我們的耳道或眼睛附近都有設(shè)備。我們不喜歡過(guò)于頻繁地為我們的設(shè)備充電，所以如果我們可以增加充電周期之間的時(shí)間，這就是我想要的我正在使用的產(chǎn)品。然后是噪音，所以當(dāng)我進(jìn)行噪音感應(yīng)時(shí)，這些是我們從身體獲得的非常小的信號(hào)，因此我們必須確保電源解決方案不會(huì)產(chǎn)生任何額外的噪音。”

SIMO 架構(gòu)帶來(lái)更高效率、更小尺寸

便攜式連接設(shè)備通常具有以下組件：Li+ 充電器、5V 近場(chǎng)通信 （NFC）/傳感器、1.85V 藍(lán)牙?和音頻（低噪聲）以及 1.2V 微處理器。這些負(fù)載是物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備的典型負(fù)載。這些電源軌的輸出電壓通常在 1.2V 至 5V 之間，對(duì)于某些設(shè)備甚至更寬。必須具備高系統(tǒng)效率、小解決方案尺寸和低靜態(tài)電流。Mital 提出了一種具有 SIMO 架構(gòu)的電源管理 IC （PMIC），作為滿足這些要求的一種方式。尤其是具有線性充電器、3x 電流吸收器、電源排序、150mA 低壓差穩(wěn)壓器 （LDO） 和 I 2的三輸出 SIMO 升降壓穩(wěn)壓器C 作為一個(gè)完整的系統(tǒng)解決方案，可跨多個(gè)平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展?！爱?dāng)你有一個(gè)解決方案為整個(gè) ［系統(tǒng)］ 供電時(shí)，你不必?fù)?dān)心其他部分的特性，”他說(shuō)。

傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)湟竺總€(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為每個(gè)輸出配備一個(gè)單獨(dú)的電感器。電感器體積大且成本高，使其不太適合小型設(shè)計(jì)。相比之下，在降壓-升壓 SIMO 架構(gòu)中，單個(gè)電感器可在寬輸出電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)多達(dá)三個(gè)輸出電壓。當(dāng)輸出低于某個(gè)閾值時(shí)，這會(huì)觸發(fā)電感器為該輸出提供服務(wù)。由于輸出具有不同的電壓和負(fù)載，因此此服務(wù)過(guò)程不是順序的；相反，它是按需發(fā)生的，Mital 解釋說(shuō)。這種架構(gòu)在保持效率的同時(shí)減小了解決方案的大小。

為了突出效率優(yōu)勢(shì)，Mital 展示了一個(gè)帶有一個(gè)電感器的傳統(tǒng)電源樹(shù)。在這種情況下，90.2% 的效率僅反映了單個(gè)穩(wěn)壓器的效率，而不是整個(gè)系統(tǒng)的效率。由于采用 3.3V LDO，電池電流為 49mA，V BATT MIN 為 3.4V，此處的整體系統(tǒng)效率為 69.5%。然后，Mital 將這種情況與具有單個(gè)電感器的 SIMO 電源樹(shù)進(jìn)行了比較。在這種情況下，電池電流為 43.4mA（相比之下節(jié)省了 5.6mA），并且由于 PMIC 工作范圍（允許更多放電） ，V BATT MIN 為 2.7V。SIMO方案的系統(tǒng)效率為78.4%，比傳統(tǒng)電源樹(shù)效率提高8.9%。

始終開(kāi)啟、低功耗和更好的性能

在他的會(huì)議上，Mital 重點(diǎn)介紹了一些用例，以展示使用基于 SIMO 架構(gòu)的始終開(kāi)啟、低功耗 PMIC 進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。例如，對(duì)于噪聲敏感的耳機(jī)放大器，電源中的 SIMO 技術(shù)支持一些降低輸出電壓紋波的技術(shù)：

與集成 LDO 串聯(lián)放置的降壓-升壓輸出可以顯著降低噪聲。由于該解決方案是集成的，因此不必?fù)?dān)心必須添加額外的組件。

降低電感器的電流限制可優(yōu)化輸出電壓紋波。

為噪聲敏感軌添加一個(gè)額外的電容器可降低這些軌上的噪聲。

在耳機(jī)放大器應(yīng)用的測(cè)試設(shè)置中（如圖 2 所示），Mital 比較了一種設(shè)置，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 供電，而 VDD 和 DVDD 由 MAX77650 超低功耗 PMIC 提供 SIMO 和電源路徑充電器。 MAX77650采用 2.75mm x 2.15mm x 0.7mm 晶圓級(jí)封裝 （WLP），具有 5.6μA 工作電流、0.3μA 關(guān)斷電流和 I 2C 兼容接口。測(cè)試案例表明，使用 SIMO PMIC 為音頻編解碼器供電可以延長(zhǎng)電池壽命，而不會(huì)影響音頻質(zhì)量。測(cè)試的帶內(nèi)頻譜輸入信號(hào)包括：無(wú)信號(hào)、-60dBFS、-3dBFS，標(biāo)稱32Ω負(fù)載。帶內(nèi)頻譜快速傅立葉變換 （FFT） 顯示分立 LDO 提供的 VDD 和 DVDD 與 SIMO PMIC 提供的 VDD 和 DVDD 幾乎相同的噪聲和頻率內(nèi)容。SIMO 驅(qū)動(dòng)耳機(jī)放大器上的 VDD 和 DVDD 電源不會(huì)影響本底噪聲和諧波含量。

圖 1. 左側(cè)是測(cè)試設(shè)置 1，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 提供。右側(cè)是測(cè)試設(shè)置 2，VDD 和 DVDD 由 MAX77650 SIMO PMIC 提供。

Mital 介紹了其他幾個(gè)用例，以展示高度集成的 SIMO PMIC 如何降低功耗并延長(zhǎng)小型便攜式電子設(shè)備的電池壽命。智能耳塞提供了一種具有多軌的真正無(wú)線解決方案，如圖 3 所示。由于左右耳塞需要相同的功能，因此 MAX77650 可用于兩者。Mital 指出，Maxim 試圖在其不同的 SIMO PMIC 系列中保持一致的寄存器映射，以便用戶可以輕松地將固件從一個(gè)平臺(tái)移植到另一個(gè)平臺(tái)。

圖 2. 智能耳塞是一種真正的無(wú)線解決方案，可以利用兩側(cè)的 SIMO PMIC 為多個(gè)電源軌提供服務(wù)。

除了可使用 SIMO 技術(shù)的可穿戴設(shè)備和可穿戴設(shè)備之外，還有更大的應(yīng)用。頭戴式睡眠輔助設(shè)備需要大量的處理能力來(lái)處理由多個(gè)傳感器收集的大量數(shù)據(jù)。該應(yīng)用的主系統(tǒng)可以使用MAX77714完整的系統(tǒng) PMIC，具有 13 個(gè)穩(wěn)壓器、8 個(gè) GPIO、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和靈活的電源排序，適用于多核應(yīng)用。該設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)可以利用 SIMO PMIC 為加速度計(jì)、音頻和接近傳感器的電源軌提供服務(wù)。

審核編輯：郭婷