电源一直是个热门话题,而随着现代电子产品对电源提出越来越高的要求,如小型化、长寿命和集成化等,各项设计需求之间的矛盾日益突出,所以更受到广大工程师的格外关注。在今年的IIC-China展览会上,涉及电源产品的参展商多达二三十家,将展示从DC/DC转换器、MOSFET开关、LDO到电源管理IC等电源设计所需的全部芯片和器件。 图1:电源管理和汽车电子是众多参展商都涉足的领域。
与电源相比,汽车电子是一个正在快速成长的新兴领域,随着中国汽车业的发展,为汽车提供配套电子解决方案成为许多系统厂商瞄准的下一波商机。为此,本届展会将首次开辟汽车电子论坛,邀请资深的业内专家与观众一道探讨汽车电子的技术发展趋势。
值得注意的是,由于用于电源与汽车电子的器件都较依赖于模拟工艺技术,所以电源芯片的领先供应商往往也是汽车电子的大供应商,如ADI、TI、飞利浦半导体、Microchip、国际整流器公司(IR)、瑞萨科技等。这些公司齐聚IIC-China 2005将令从事电源和汽车电子系统设计的工程师同时受益。
电源器件的种类很多,包括DC/DC转换器、LDO、稳压器IC、充电IC、电源管理IC以及MOSFET、IGBT等分立功率器件。以下将介绍在2005年IIC-China上值得关注的一些亮点。
DC/DC器件
为了提高电源转换效率,DC/DC转换器正在走向更高的频率。例如,参展商TI公司推出的降压型DC/DC转换器TPS62300拥有高达3MHz的开关频率,能达到93%的功率转换效率,这允许工程师采用较小的外部元件(电感器和电容器),从而缩小板空间。
同样为了满足板空间的限制,参展商美信公司(Maxim)在其降压型DC/DC转换器MAX1556/7中集成了低导通电阻MOSFET开关管和同步整流器,可最大限度地提高转换效率,并减少外围元件数目。
参展商Micrel公司的MIC2205是一款高达2MHz的PWM DC/DC步降稳压器。该产品以LOWQ LDO待机模式为特点,适用于手机、PDA和数码相机等便携式设备。在PWM模式中,这款产品采用恒定2MHz PWM控制工作。轻负载条件下,如系统休眠或待机时,可禁用PWM转换操作,以减少功率损耗。
开关调节器
线性调节器在低成本应用中占据主流,而凭借更高的转换效率,开关调节器开始在便携式设备中流行。参展商国家半导体公司的新型开关调节器LM2733采用微型SOT23封装,提供了一种完整的紧凑型解决方案,同时适用于降压和升压应用。 表1:IIC、ESC参展商一览表。(点击放大图)
不过,开关电源在延长电池工作时间的同时会给系统引入噪声,并产生电磁干扰(EMI)。针对这个问题,业界的解决方案是采用扩频技术。参展商飞兆半导体的FAN5602是一款通用的开关电容DC/DC转换器,它通过使用不同的频率来降低EMI信号的功率成分,从而减少EMI量。参展商凌特公司的LTC3251是一颗实现了片上扩频的芯片,这款500mA、无电感型降压DC/DC转换器具有一个扩频振荡器,可生成一个在逐个周期之间具有随机时间间隔(但固定于1MHz和1.6MHz)的时间脉冲,从而把开关噪声分布在众多的频率上。
集成的电源解决方案
为了缩小尺寸、降低成本,以满足紧凑型设备的苛刻要求,电源工业界正尝试把线性调节器、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,以提供完整的电源解决方案。参展商IR公司推出的iPOWIR是一种典型的多芯片模块,它将功率器件、控制电路和脉宽调制电路用BGA封装技术整合在同一个器件中,以简化电源设计人员的工作。这不仅减少了元件数,压缩了占用电路板的面积,而且使性能也得到改进。
参展商Intersil公司的ISL6537集成了一个PWM控制器、一个3A低压降变压器和两个LDO控制器,总共可调节6个电压。TI公司推出的新系列单片电池充电和电源管理IC bq2403x集成了电池充电IC和低功率、高效率同步DC/DC转换器,支持空间受到限制的锂离子电池供电应用。
以太网供电(PoE)
通过以太网的CAT-5电缆为IP电话、WLAN接入点等设备供电可以省去交流适配器,给用户带来了极大的方便性。PoE设备有望成为新的开发热点,对电源芯片供应商而言,这是一个新的机会。
凌特公司发布了两种兼容IEEE802.3af规范的四口PoE控制器产品。这两种控制器提供了供电设备(PSE)自主工作功能,可在无需处理器干涉的情况下完成所有必需任务。此外,凌特公司还推出了一款集成开关稳压器的PoE控制器,对于简化受电设备(PD)设计有很大帮助。
TI则推出了适用于以太网供电设备的插入式电源模块PTB48540,其内部采用了TI的TPS2375控制器。由于该IC可管理供电设备与商业级或工业级受电设备之间的接口,因而能够实现更高的灵活性和性能,同时还可提供必需的电源管理控制及保护功能。
分立功率器件
虽然电源IC的应用越来越广泛,但分立功率器件在电源市场依然占据着重要的一席之地,而且随着大功率电源的发展出现了一些新趋势。
目前,功率MOSFET正在朝小型化、集成化的方向发展,并努力提高性能。为此,参展商飞利浦半导体开发了LFPak封装,可以为MOSFET提供优异的散热特性和功率处理能力,而且管脚兼容SO8封装。类似地,参展商瑞萨科技开发了采用上部散热结构的新封装“LFPAK-i”。采用这种封装的功率MOSFET,其热饱和状态下的封装热阻值从原来的25℃/W降至15℃/W。参展商英飞凌将沟槽技术与全绿色封装工艺相结合,为汽车电子系统推出了OptiMOS-T系列功率MOSFET。
汽车电子
汽车电子包括车内网络系统、车载导航系统、远程信息处理系统、车载娱乐系统、动力控制系统、车身控制系统和汽车安全系统等。 表2:IIC、ESC参展商一览表。(点击放大图)
车内网络系统用于连接汽车的各种电子模块。作为车内网络的神经,总线是关键所在。目前,有两种总线用于车内网络系统,其中控制器区域网络(CAN)是一种异步的多主串行通信协议,适用于传动系统和制动系统；局域互连网络(LIN)是一种低成本的连网方式,适用于传感器网络。许多汽车半导体供应商都提供针对CAN/LIN网络的解决方案。
Microchip公司PIC闪存单片机可以同时支持CAN和LIN总线协议,它们集成了一个灵活且易用的CAN 2.0B接口,支持在单个节点上配置多种应用,可实现CAN网络软件协议桥接,并允许在多个不同的应用中多次使用同一器件。
飞利浦半导体公司基于ARM7的LPC2000系列32位MCU集成了多达4个CAN接口,而且增加了更多的存储器。这种MCU的时钟频率为60MHz,可在CAN环境中充当总线桥或路由器。
英飞凌支持CAN总线的MCU包括32位、16位和8位系列,其中32位器件集成了2个CAN模块,16位和8位产品包含一个或两个符合CAN 2.0B规范的片上CAN模块。
除了CAN/LIN之外,另一种新兴的总线FlexRay已经引起供应商的高度重视。FlexRay是一种具有数据容错能力的高带宽通信解决方案,能满足汽车高速控制应用的需要。在电子控制系统完全取代了机械系统的应用中,安全性极为重要。对于这类应用,FlexRay是理想的解决方案。目前,飞利浦、英飞凌、瑞萨科技等公司都已经加入FlexRay联盟,而且这些厂商正在积极推出支持FlexRay总线的产品,如收发器、控制器等。瑞萨科技将在其车用MCU中使用Robert Bosch公司的FlexRay通信控制器IP,目标是在一个封装中实现完整的FlexRay系统解决方案。飞利浦已经推出第一款FlexRay收发器,可用于构建星型连接器。
远程信息处理系统和车载娱乐系统是汽车走向电子化的重要组成部分。ADI、TI等公司针对这些领域都提供完整的开发平台。ADI公司的Blackfin汽车远程信息处理平台(CTP)利用单个Blackfin DSP的能力,通过将许多远程信息处理任务集成到单个处理平台上来减少远程信息处理系统的成本、尺寸和开发时间。TI的HFK开发平台是一套包含DSP在内的解决方案,适用于对成本及性能都有很高要求的汽车售后市场免提套件。
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作者:颜健
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