[发明专利]电源管理系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及电子电路领域，特别是一种可灵活配置的电源管理系统。

【背景技术】

随着现代电子技术的发展，电子系统变得日趋复杂，与之相应的电源管理方案也日趋复杂。目前越来越多的公司都开发专用的电源管理单元(PMU：PowerManagement Unit)芯片。对于复杂的智能手机、平板电脑、上网本和各种笔记本电脑来说，其所需求的PMU芯片已经集成多达7路或更多开关型直流-直流转换器和多达20路以上线性调压器。这些高级的电子产品集成的功能还在继续增加，如GPS、3-D影像、加速度传感器、陀螺仪、投影和高级视频功能、现代无线通信和智能传感技术等，每种功能所需的电压和电流都可能不一样，所以都需要独立的电源管理模块，这样便导致所需的开关型直流-直流转换器和线性调压器的数目还会增长。而且由于现代电子技术发展速度太快，在电子产品开发初期甚至都很难预见需要多少路电源管理模块。目前，不少电源管理单元芯片设计时会设计一些冗余的通路，这样导致有些通路在使用中不合适或多余。而电源管理这种模拟芯片设计复杂度很高，一次设计成功的概率也很低，其开发周期经常会超过一年，甚至长达两年的也不在少数，所需的设计团队规模也很大，如10人以上前端电路设计团队、5人以上的后端版图设计团队、大量实验室验证人员、量产测试人员、工艺人员、封装人员及管理人员等。所以需要一种可以更加灵活配置的电源管理方案，减小为了每一种应用重复开发的巨大成本。

另一种传统技术是通过多个分离的电源芯片在印刷电路板(PCB：PrintedCircuit Board)上搭建电源管理系统，但这种方案已逐渐被前述PMU方案淘汰，原因有二。

第一、传统的分离的电源芯片无法做到多级动态调节输出电压，而动态调节输出电压是新一代高效率电源系统必需的功能。现代电子系统的核心器件之一的应用处理器(Application Processor)芯片是电子系统的控制中心，它会根据用户使用的场景不同来动态调节电源模块的输出电压，在需要高速运行的场景时，它将把电源模块的输出电压调高，这样芯片的工作频率会提高，此时的功耗较大。但在某些无需高速运行的场景时，它将电源模块的输出电压调低，这样芯片的工作频率会降低，从而起到节能的作用。目前的分离电源芯片的输出电压一般是固定设定的。而PMU芯片一般是通过一个标准的I²C接口连接应用处理器和PMU芯片，具体可参见图1所示，其中所述I²C接口有两根信号线(SDA和SCK)，所有的电源模块(具体包含有6个直流-直流转换器，即DCDC1、DCDC2、DCDC3、DCDC4、DCDC5和DCDC6)共享一个I²C接口。I²C接口遵循I²C协议以实现所述应用处理器和PMU芯片间的通信。所述应用处理器可以通知PMU芯片调高或降低输出电压，也可以实现使能控制，即在某路电源模块工作时可以通知它关闭，以便省电；需要它工作时，通知它开启工作。类似的，针对所述第二种传统技术，可以通过对分离电源芯片增加一个I²C接口，这样每个分离电源芯片需增加两个I²C的管脚，而应用处理器为每个分离电源芯片都需增加两个I²C的管脚。管脚越多，芯片成本越高，这种代价实在太大，目前几乎没有厂家采用这种方案。

第二、分离元件解决方案缺乏灵活的上电时序管理。PMU方案可以提供灵活配置的上电时序，即各路电源启动的先后顺序和相对延迟时间设定。

此外，图1中由于PMU芯片规模不断增加，即使满足某一边的电源通路离应用处理器芯片的被供电部分比较近，如DCDC1和DCDC2，但是总会出现如DCDC4和DCDC5距离被供电电路很远的情形。Rpar4和Rpar5为印刷电路板上由于走线较长导致的较大的寄生电阻，当供电电流很大时，在此寄生电阻上也会产生很大的能量损耗，其损耗功率为I²R，其中I为供电电流，R为印刷电路板上的寄生电阻。这些能量损耗都直接转化成热。

另外，传统PMU解决方案中，通过I²C电路与PMU芯片通讯，一方面受I²C电路时钟频率限制，其传输数据的速度会被限制在较低的速度。另外为了节省芯片管脚数目，PMU芯片一般仅通过一个I²C接口来传输控制所有电源通道的控制数据，这样进一步降低了对电源通道的控制的速度。

因此有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】