电源模拟数字竞争互补 创新技术各显神通

2008-04-21 02:52:09来源: 中国电子报
 特邀嘉宾

  Microchip总裁、首席执行官兼董事会主席 Steve SANGHI

  飞兆半导体亚太区总裁兼董事总经理 郭裕亮

  安森美半导体汽车电源管理产品部全球销售及市场总监 郑兆雄

  德州仪器(TI)中国华东区总经理 王剑

  NXP半导体亚太市场及销售多重市场半导体功率管理及接口高级产品市场经理 任涛

  “随着创新功能的出现,新、旧产品会在很长一段时间内共存。新产品不可能在一夜之间取代旧产品,而且旧产品也会因在价格上更具有优势而不会立即退出市场。旧产品的市场占有率会逐渐降低,但是不可能在短时间内彻底消失。”

  ——Microchip总裁、首席执行官兼董事会主席 Steve SANGHI

  看好数字电源

  ●与模拟电源既竞争又互补

  ●数字电源发展有难题

  SANGHI

  在数字电源系统非常流行的今天,Microchip公司通过提供大量产品来帮助客户开发数字电源系统。我们的8位单片机以及模拟产品中有很多针对数字电源系统的功能。公司最新推出的16位SMPS开关电源模式的产品就是专门为数字电源厂商定制生产的,全新的功能受到了客户和市场的欢迎,而且可以利用这些新功能取代一些模拟电源系统。随着创新功能的出现,新、旧产品会在很长一段时间内共存。新产品不可能在一夜之间取代旧产品,而且旧产品也会因在价格上更具有优势而不会立即退出市场。旧产品的市场占有率会逐渐降低,但是不可能在短时间内彻底消失。

  Microchip公司有两个不同部门,一个是模拟产品部门,一个是单片机部门。这两个部门对公司来说都是同等重要的,都会得到公司在资源和人力方面的全力支持。模拟产品在整个公司的销售额中所占的比例为8%,而单片机的销售额占整个公司销售额的80%。由于模拟产品的基数很小,而且我们又开发了很多创新产品,所以它的增长速度会非常快。模拟产品对Microchip开拓单片机产品市场非常有帮助。当模拟产品生产出来以后,Microchip就会把其中的一些功能嵌入到我们的单片机中,目前90%的单片机中都应用了大量的模拟功能。

  郭裕亮 飞兆半导体相信,在开关模式电源对更高效率、更佳热管理、更低系统成本和更小尺寸的要求以及功率系统(在板级、机架级或整体系统级)对通信功能更高要求的推动下,数字功率市场将不断增长。虽然数字控制能够有效地解决这些设计挑战,但仍有部分功率管理系统需要使用模拟技术,或者更适合于采用模拟解决方案来实现。因此,数字功率和模拟功率是相辅相成的技术,二者的创新都必须符合功能更多、便携能力更强、功耗更低以及电池寿命更长的要求。

  作为一项较新的技术,数字功率的开发需要新的

知识产权、合适的工艺技术和创新的封装能力。此外,具有成本效益的解决方案、便于使用的设计工具和软件都是数字功率技术能否普及和增长的关键因素。

  郑兆雄 安森美半导体在2006年5月宣布其主要的运营子公司Semiconductor Components Industries已完成购买LSI Logic公司位于美国俄勒冈州Gresham的晶圆厂以及其他一些半导体制造设备的交易。购买Gresham晶圆厂明显地提升了安森美半导体的制造生产能力。完成此项交易后,安森美半导体获得了熟练的工艺开发工程师、运营专业知识及工艺开发技能,使公司能开发大量更多元化的、低成本的、高性能0.18微米水平亚微米模拟和数字电源产品。以制造工艺的能力而言,未来安森美半导体可达到0.13微米的水平。

  王 剑 数字电源是很重要的发展趋势,数字电源和模拟电源是竞争互补的关系,以前用模拟技术开发的复杂系统可以用数字技术开发,但是数字电源不能代替所有的模拟电源。数字电源的发展也面临一些难题,现阶段最主要是成本问题。另外,在简单电源系统方面,数字电源并没有优势。TI对数字电源的发展持非常积极的态度,并在不断开发新的产品。

  任 涛 数字电源的大众化之路还很长,它的优势在于多路输出和精确输出,在这部分模拟电源有些捉襟见肘。数字电源的输出开关波形可以灵活生成,避免了模拟电源开关波形比较固定的缺点。

  数字电源的缺点在于数字电源选择什么样的波形效率最高和干扰最小,对电源工程师而言,没有几年的模拟电源经验是不可能做出正确的判断的,而现在很少能找到对模拟电源和编程都在行的工程师。就成本而言,数字电源外围元件较少,但对一个电源系统来讲成本不一定低。模拟电源芯片是定制的,虽然功能单一,但是对大部分的消费类产品来说已经足够了,而且需求量非常大。总体而言,数字电源和模拟电源是互补关系。

  破解集成度和功耗难题

  ●主流厂商各显神通

  ●各大公司进展不同

  郭裕亮 飞兆半导体充分利用了自己在设计和制造功率模拟、功率分立式产品以及光电技术方面的能力,加上先进的封装技术,积极开发能够优化电路板面积并提高功率效率的集成解决方案。针对便携式产品,飞兆半导体提供功率、照明和信号调整方面的专业知识,协助系统设计人员克服便携式器件对于小型化、功能聚合性和功率效率的挑战。飞兆半导体的功率管理芯片包括LED驱动器、功率调节器、电荷泵及IntelliMAX负载开关。我们新推出的IntelliMAX负载开关器件采用业界领先的晶圆级芯片尺寸封装(WL-CSP)技术,集成了压摆率控制、ESD保护和负载放电功能以及同类最佳的低电压工作能力(1.2V)。这些器件经过专门设计,可提高便携式应用的热性能和电气性能,包括手机、

数码相机、PDA、MP3播放器、外设端口及热插拔电源等产品的性能。

  郑兆雄 由于需要结合多种功能,小巧便携式产品的耗电量更大,设计人员需要不断改良电池设计,使其寿命更长。为获得更佳的电源效率,便携产品的工作电压也趋向更低,但这会增加元件遭ESD或噪声损坏的概率。可以预见,未来市场对控制噪声干扰及加强ESD保护的要求将进一步提高,因此,安森美半导体推出一系列全新滤波器,其可滤除RF与手机数据线和声频线通信时产生的噪声。

  此外,安森美半导体为配合便携式应用市场的需求,提供了一些独特的解决方案和新技术,可提高器件性能和封装水平。在提高器件性能方面,公司提供了减低MOSFET的Rds(on)及当电流通过整流器时使Vf下降的方案。集成更多元件于一个封装并减少电容的寄生电感,可以提高整体系统的效率,尤其是高频应用的效率。

  在封装方面,安森美半导体采用的SOT723封装使器件更小、更薄(只有0.5mm)。而ChipFET封装更具有加强的热性能功能。此外,集成多个元件于一个封装(如QFN),减小板的外形尺寸,安森美半导体也开发了扁平引脚封装如SOD123FL以提供更好的功耗。安森美半导体将持续领先业界,以更微小的封装提供更高能效及更多性能的器件,满足便携式应用的需求。

  王 剑 TI在手持电源方面的技术非常领先,公司不断对工艺进行改进,包括晶片制造工艺和封装工艺。在制造工艺方面我们最大的优势是将数字技术和模拟技术集成在一起,使手持类电源的功耗更低,并集成控制逻辑、接口等更多数字功能在里面以提高产品的集成度和灵活性,并缩短对客户支持的响应时间。

  任 涛 便携产品的发展要求低功耗和高效率,低功耗更是便携设备永恒不变的主题。NXP结合系统配合整体设计,实现整体的智能化,多功能的设计都是围绕着低功耗和高效率进行的。公司非常注重整合,我们整合多路输出的智能电源管理芯片。目前可以看到市场上每个iPod中都有一颗NXP电源管理芯片,另外可以看到飞利浦9@9待机王系列中以低功耗闻名遐迩的9@9++的待机时间延长至一个月。

  SANGHI

  Microchip推出MCP73833和MCP73834单节大电流(1A)锂离子/锂聚合物电池充电管理控制器,为确保对高容量锂离子/锂聚合物电池的可靠充电,这些全集成充电管理控制器在一个单芯片上集成了一些关键的标准充电管理和安全功能。不需要外部组件即可实现体积更小、集成度更高的充电解决方案。MCP73833/4充电器采用小型MSOP和散热快的3 mm×3 mm DFN封装,有助于实现更加智能、快速和安全的电池充电器设计。

  芯片将集成更多功能

  ●集成更多器件是必然趋势

  ●集成安全功能日益重要

  郑兆雄 为了满足设备对电源提出的持续缩小尺寸、降低成本等苛刻的要求,电源管理芯片厂商正尝试把线性稳压器、DC-DC转换器、PWM控制器、LDO和充电IC等不同元件集成到单个器件上,例如可在DC-DC上集成LDO或MOSFET以提供完整的电源解决方案。更多的集成就意味着更少的元件数量,这对工程师来说减少了外部元件的变数,带来更高的可靠性,并可以使设计更加简化。

  功率器件被广泛的集成已经成为电源管理芯片领域一个必然的发展趋势。因为目前不仅像安森美半导体这样的领先国际厂商推出了此类产品,很多中国本土厂商也陆续推出了类似的产品。在AC-DC转换器中集成PFC或PWM,可以有效减少电网污染并提高转换效率,已经得到广泛普及。此外,MOSFET、二极管等功率器件也与PWM控制器一起实现了在单一芯片内的集成。

  为了预防难以预测、具有潜在危害的瞬态电源尖峰和过热环境的风险并增强系统保护能力,一些标准功能,如外部保护功能可以被集成到电源管理芯片里。比倒装芯片的封装还要薄的NCP1526的厚度仅为0.55 mm,是安森美半导体一款采用UDFN封装的集成转换器,它不仅集成了低噪声LDO和高频振荡器,而且把软启动、逐周期电流限制和热关机保护等增值特性也集成了进去,尤其适合为PMP、MP3播放器、手机数字多媒体广播或手持终端数字视频广播芯片组等多媒体便携式设备的应用微处理器供电。

  王 剑 电源产品的集成包括很多方面,例如数字控制接口、功率器件、安全器件等。目前TI没有高压MOS管技术,TI主要做中低压产品,能够集成的最大输出电流达到14A。

  任 涛 我们认为,电源管理芯片应该集成过流、过压、过温、开环等多种保护功能。集成不同的工作模式便于客户根据不同的要求灵活选择,外围的电阻、电容、功率开关都可以集成在一起。

  任何事物都有两方面,集成更多器件的优点是功率器件和控制器件的集成度越高,一致性就越好、应用就越简单、外围器件就越少、成本也就越低。不过缺点在于集成会使产品的应用面变窄、扩展性变差。因为这样一来基本上产品就是为某个功率范围而特别设计的,工程师用起来有一种束手束脚的感觉。从损坏率来讲,功率器件的比例还是比较高的,维修时成本也较高,而如果将功率器件和控制器件分开,维修时更换功率器件基本上就够了。此外,功率器件和控制器件集成后,由于散热的关系,功率不可能做得太大。

  SANGHI

  由于不同的应用需要不同的电池充电电压和电流以确保其最佳的工作状态,所以我们的用户要求充电器能够将性能和安全特性更好地结合起来。MCP73833/4电池充电器在一个小型的、散热快的封装中实现了高集成度、大充电电流、多种标准参数选择和安全特性,能够满足用户的需求。同时,这些器件有助于用户节省成本,加速其产品推向市场。

  郭裕亮 系统设计人员目前面临的新挑战是必须满足新能效规范和具有成本效益的解决方案的要求,同时缩短产品上市时间。集成了控制器件和安全功能的功率器件能够通过大幅简化设计加快产品的上市速度、减少总体材料清单(BOM)以及提高制造可靠性来满足上述要求。飞兆半导体针对逆变器电机应用的Motion-SPM产品和IntelliMAX集成负载开关就是这样的集成功率模块的例子。

  飞兆半导体相信,要避免在系统设计中增加额外的安全元件以节省宝贵的电路板空间和减少客户的设计时间,就必须集成安全功能。有两种保护功能对集成非常重要。一种是静态保护,即当感测到过流或其他情况时会关断器件,这是IntelliMAX先进负载开关的典型特性。第二种是动态保护,如果器件感测到异常情况,它会自行纠正并重新启动,飞兆半导体的Motion-SPM产品就包含了这些功能。

  同时提供芯片和模块

  ●模块方案也有用武之地

  ●主流厂商做法不一

  王 剑 TI也有电源模块产品。我们同时推出芯片和模块解决方案,模块解决方案作为电源IC的补充。如果客户要求少量产品快速上市时,他们不需要花费时间自己进行设计,只需要标准的模块产品就可以了。当然如果量比较大的话,则可以考虑自己投入进行研发。

  任 涛 NXP是半导体芯片的提供商,在全球有三大研发中心,提供不同应用方向的电源管理芯片解决方案,散布在全球各地优秀的应用工程师可以及时为客户提供合乎要求的解决方案。

  SANGHI

  Microchip在非易失性存储器(NVM)和数字技术方面的专业能力使其在技术和生产方面占有优势。Microchip提供嵌入式控制解决方案支持设计进程。Microchip因在交付能力、客户服务、可靠性和技术支持方面的卓越表现而闻名。

  郑兆雄 整体解决方案的设计目标应该是在对电源要求增多时获得更高的能效、用更小的占位面积提供更高的功能、用更小的元件体积发挥更高的能效、用模块化的结构设计集成更多的接口标准。

  安森美半导体在提供高效节能电源管理解决方案方面有很多领先技术,如跳周期待机模式、PWM控制器主控PFC(轻载时关断PFC以降低待机能耗)。除此之外,将诸多新技术和功能集成到芯片内部,如DDS(动态自供电)、频率抖动、Soxyless(无线圈去磁检测)等,可起到简化外围电路设计的作用,也相应减少了功率损耗。

  郭裕亮 飞兆半导体目前提供功率管理芯片和功率模组解决方案。各种应用都需要功率管理,而不同情况对解决方案的要求也不一样。飞兆半导体着眼于开发应用驱动的解决方案,针对目标应用的特定要求量体裁衣,并将一如既往地提供功率管理芯片和功率模块化解决方案以满足客户的双重需求。

  飞兆半导体具有充分利用先进工艺技术的独特能力以及把功率模拟、功率分立及光电功能集成到创新封装中的能力,从而实现高能效和高成本效益的解决方案,以满足从便携式系统到逆变器电机乃至汽车等多种应用对各种功率和面积的要求。

  创新封装技术广泛应用

  ●创新封装技术是趋势

  ●采用技术有所不同

  任 涛 电源向高功率密度和高效率发展的过程中,芯片的小型化是一个趋势,但又要保证散热良好,因此需要创新封装技术。

  郭裕亮 当前系统的发展趋势仍是小型化、功能更多及功率效率更高。在开发高空间效率、高热效和高可靠性解决方案以满足这些要求的时候,创新封装技术的应用至关重要。飞兆半导体的创新封装技术包括晶圆级芯片尺寸封装(WL-CSP)、模塑无引脚封装(MLP)和SPM封装。

  郑兆雄 我们认为创新封装技术是一大发展趋势,而领先的封装技术也是安森美半导体保持业务持续增长的一个关键技术驱动力。

  安森美半导体始终致力于为便携设备电源管理领域开发和提供尺寸更小、功能更强大的产品。通过提供如新型超小封装NUP45V6系列的创新板级解决方案,可以不断满足设计工程师的需求。而我们产品的更小空间占用及超薄SOT-953封装技术使新型ESD阵列尤其适用于下一代微型电话。此外,我们推出的新型白光LED驱动器NCP5602和NCP5612也是目前市场上尺寸最小的双路LED升压驱动器。

关键字:数字电源设计

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/newproducts/others/200804/article_17865.html
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