USB-C 在可穿戴設(shè)備和移動(dòng)產(chǎn)品中的作用越來(lái)越大

能源消耗是移動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。USB-C 原本應(yīng)該主要是一種連接選項(xiàng)，但它越來(lái)越受到青睞，因?yàn)樗彩且环N管理便攜式設(shè)備電源的有用方法。

在這個(gè)不斷發(fā)展的移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中，設(shè)備變得越來(lái)越智能和強(qiáng)大，這意味著它們都需要更多的能量來(lái)工作。盡管制造商努力降低電池消耗，但智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、健身手環(huán)、平板電腦和筆記本電腦的常見(jiàn)問(wèn)題是在滿負(fù)荷使用幾個(gè)小時(shí)后會(huì)出現(xiàn)高能耗，需要使用電源為電池充電.因此，設(shè)計(jì)人員面臨的眾多挑戰(zhàn)之一是評(píng)估能量因數(shù)、估計(jì)所需能量以及設(shè)計(jì)非常高效的電源管理配置。

在無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一個(gè)基本參數(shù)是為電池補(bǔ)充所需的充電電量。接收功率取決于無(wú)數(shù)因素，包括發(fā)射功率的水平、距離以及發(fā)射繞組和接收器之間的對(duì)準(zhǔn)，否則定義為“耦合”，最后是發(fā)射器和接收器組件的容差。收件人。沒(méi)有人有時(shí)間等待電池充電：電池充電時(shí)間越短，用戶體驗(yàn)越好。這在消費(fèi)電子市場(chǎng)中得到了很好的理解，所有主要品牌都在努力減少充電時(shí)間。

帶有 USB-C 端口的設(shè)備可快速充電，并提供超快的傳輸速度，用于連接外圍設(shè)備和外部設(shè)備。USB-C 還支持音頻和視頻輸出，并兼容 HDMI、VGA 和 DisplayPort 顯示器。USB-C 有望成為各類設(shè)備制造商的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

但是，雖然 USB-C 為最終用戶簡(jiǎn)化了事情，但從設(shè)計(jì)和工程的角度來(lái)看，它增加了復(fù)雜性。設(shè)計(jì)人員在創(chuàng)建 USB Type-C 電源連接器時(shí)必須面對(duì)大量的設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)，該連接器允許與所有其他類型的兼容性和可逆使用。USB端口從最初主要用作數(shù)據(jù)接口發(fā)展而來(lái)，隨后成為為便攜式電子設(shè)備充電的主要手段。

審核編輯 黃昊宇

圖1：SM58IP04單片機(jī)

Silicon Mitus擁有四大系列產(chǎn)品，分別針對(duì)移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)電子市場(chǎng)、LCD 和 OLED 顯示器市場(chǎng)以及充電配件市場(chǎng)。主要應(yīng)用是用于智能手機(jī)應(yīng)用的電源管理集成電路 (PMIC)，例如具有快速充電功能的 IF PMIC/電池管理、完整的 USB Type-C 解決方案和無(wú)線充電器；用于智能手機(jī)、顯示器和大型電視的 LCD 和 OLED 顯示器的 PMIC 解決方案；用于增強(qiáng)型 D 類放大器、高性能音頻編解碼器和平板顯示器表面聲音的音頻產(chǎn)品；適用于計(jì)算應(yīng)用和 USB Type-C 電池充電器的 PMIC 解決方案。

“迄今為止，我們已經(jīng)在這些市場(chǎng)出貨了超過(guò) 35 億顆 IC?！蔽挥诎鍢颍ㄊ谞枺┑捻n國(guó)公司 Silicon Mitus 的首席執(zhí)行官 Youm Huh 說(shuō)，該公司專門生產(chǎn)模擬 IC 產(chǎn)品?！捌囀俏覀兪褂?PMIC 解決的另一個(gè)市場(chǎng)，以及用于汽車信息娛樂(lè)和顯示模塊的音頻產(chǎn)品。Silicon Mitus為最新一代汽車后視攝像頭模塊制造商提供電源管理IC（替代玻璃后視鏡）。”

Silicon Mitus 最近發(fā)布了 SM58IP04：一款針對(duì) 2S/3S 和 4S 電池應(yīng)用的單芯片降壓-升壓 USB Type-C 窄 VDC(NVDC) 充電器。由于先進(jìn)的熱管理，它在降壓或升壓模式下均可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 95% 的效率，為電池充電高達(dá) 6 A。

公司副總裁 Gianfranco Scherini 表示：“我們對(duì) SM58IP04 的性能非常滿意：它已被迅速應(yīng)用于計(jì)算應(yīng)用中，該產(chǎn)品在提供卓越性能方面非常有效，PCB 解決方案尺寸小且節(jié)省成本。”的業(yè)務(wù)發(fā)展。“這款產(chǎn)品結(jié)合了多節(jié)電池充電器的功能以及對(duì) USB Type-C 和 PD 規(guī)范的全面支持。”

USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)在功率傳輸和數(shù)據(jù)速率方面滿足了市場(chǎng)需求，但最重要的是，在能夠互連的設(shè)備數(shù)量不斷增加方面。它是一個(gè)可逆連接器，這意味著您不需要知道連接方向。USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)適用于配件和外圍設(shè)備的完美連接，也適用于為筆記本電腦和其他設(shè)備供電。事實(shí)上，USB Type-C 供電 (PD) 標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá) 5A 和 20V 的電流，從而可以提供高達(dá) 100W 的功率。鑒于當(dāng)前水平，該標(biāo)準(zhǔn)需要適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，否則可能會(huì)損壞設(shè)備。

“我們已經(jīng)證明，我們?cè)谔岣呓祲?升壓效率的同時(shí)積極瞄準(zhǔn)最高集成水平的策略是正確的?？蛻舴浅Ｐ蕾p簡(jiǎn)單、高效的解決方案的優(yōu)勢(shì)，該解決方案集成了對(duì) USB Type-C 電源路徑的全面支持以及電池充電器。通過(guò)使用 SM58IP04，每個(gè) USB Type-C 端口的行為完全相同，因此，在嘗試使用通用平臺(tái)適應(yīng)不同外形尺寸時(shí)，它為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了另一個(gè)級(jí)別的靈活性。隨著 Power Delivery 規(guī)范 3.0 的發(fā)布以及大量新的使用模式，我們看到了 USB Type-C 的潛力，而這僅僅是開(kāi)始。

實(shí)施節(jié)能解決方案的主要障礙在于熱管理。設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步不斷增加保護(hù)組件免受熱量積聚的需求。對(duì)于半導(dǎo)體制造商來(lái)說(shuō)，硅封裝是一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別因素。散熱和整體系統(tǒng)要求等規(guī)格在很大程度上取決于封裝。

“熱管理起著非常重要的作用。隨著消費(fèi)者轉(zhuǎn)向更輕薄、無(wú)風(fēng)扇的筆記本電腦，挑戰(zhàn)之一是使系統(tǒng)保持在舒適的觸摸溫度和 IC 工作溫度范圍內(nèi)，”Huh 說(shuō)。

用戶將系統(tǒng)與電源連接時(shí)會(huì)發(fā)生關(guān)鍵情況之一：為了讓用戶在最短的時(shí)間內(nèi)為設(shè)備充電，我們需要一次將盡可能多的電力注入電池。例如，在筆記本電腦和 Chromebook 應(yīng)用中，充電器通常會(huì)為電池提供 45 到 65 瓦的功率。這意味著效率損失的每一個(gè)百分點(diǎn)都會(huì)在 PCB 板的非常小的區(qū)域上局部耗散超過(guò) 0.5 瓦，并產(chǎn)生熱量，從而增加局部溫度。

圖 2：SM58IP04 單片機(jī)的電路布局

因此，硬件性能要求越來(lái)越多地針對(duì)具有高能效的架構(gòu)的電子設(shè)備，以便它們可以支持更多的配置和精確的控制，以便在不久的將來(lái)保留設(shè)備的特性。

“SM58IP04 解決了這個(gè)問(wèn)題，解決了降壓-升壓的高效率和最佳散熱問(wèn)題，采用的封裝技術(shù)使通過(guò) PCB 的熱流最大化。充電器的效率越高，設(shè)備外殼內(nèi)耗散的電量越少，通過(guò)主板散發(fā)的熱量就越好，系統(tǒng)中的溫度就越低，”Huh 說(shuō)。

“為了支持研發(fā)的增長(zhǎng)，我們于 2017 年在意大利帕維亞開(kāi)設(shè)了一個(gè)新的設(shè)計(jì)中心，在那里我們發(fā)現(xiàn)了一批具有吸引力的熟練模擬設(shè)計(jì)師。我們完全有能力提供最新一代的電池充電器產(chǎn)品，以便我們的客戶可以在移動(dòng)和筆記本電腦應(yīng)用中充分利用 USB Type-C 功能，”Huh 說(shuō)。

“這就是為什么我們決定投資用于筆記本電腦/Chromebook 應(yīng)用的 USB Type-C 電池充電器和用于移動(dòng)應(yīng)用的電容分隔器。SM58IP04 的輸出電壓可以以 12.5mV 的粒度進(jìn)行編程 — 完全符合 USB PD3.0 要求，最小步長(zhǎng)為 20mV。憑借我們的產(chǎn)品組合，Silicon Mitus 為電池充電器提供了新的架構(gòu)，可以繞過(guò)設(shè)備中的任何內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換，從而消除了主要的功率損耗來(lái)源，同時(shí)將流入電纜的電流保持在 3A 以內(nèi)。這消除了對(duì)更昂貴電纜的需求，因?yàn)楦哂?3A，USB 標(biāo)準(zhǔn)需要使用更昂貴的電子標(biāo)記電纜，”Huh 補(bǔ)充道。

電源管理設(shè)備越來(lái)越智能和高效。由于先進(jìn)的功能和技術(shù)，對(duì)此類設(shè)備的需求正在迅速增加。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年全球 PMIC 市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到 4.6%，到 2026 年將達(dá)到 564.8 億美元。

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