電源管理芯片的未來發(fā)展趨勢如何

新能源汽車、無人機、充電樁、LED、身份識別……這些時下最熱門的標(biāo)簽集合起來，無疑是一場最酷最炫的應(yīng)用秀場。然而，這些應(yīng)用卻因慕尼黑上海電子展而集結(jié)亮相。小到生活中的照明、汽車、移動終端，大到工業(yè)、太陽能、蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施、開關(guān)電源等應(yīng)用，都離不開電源芯片的蹤影。隨著生活中電子設(shè)備越來越多，電源設(shè)計的要求也越來越高：包括更嚴格的技術(shù)規(guī)格、逐漸縮短的周期、高成本壓力以及越來越多需求的差異化高功率電源。

慕尼黑上海電子展（electronica China）作為電子行業(yè)的開年大戲，2017年3月將有不少領(lǐng)先電源芯片公司如東芝、ST、安森美、LINEAR，SII精工等集體展示電源管理芯片解決方案，深度窺視分享其發(fā)展趨勢及未來方向。

電源IC需“漲姿勢”

據(jù)市調(diào)機構(gòu)iSuppli預(yù)計，2016年電源管理IC市場預(yù)計將達到387億美元，消費電子、網(wǎng)絡(luò)通信、移動互聯(lián)領(lǐng)域都是主要的應(yīng)用市場，汽車電子、新能源領(lǐng)域也逐漸發(fā)力。在應(yīng)用驅(qū)動和技術(shù)進步的作用下，對電源IC的技術(shù)要求也不斷走高。而且隨著應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，電源IC的市場也呈現(xiàn)出需求多樣化，應(yīng)用細分化，更多高性能電源IC的市場需求也不斷深化以及擴展化，更好地為滿足系統(tǒng)創(chuàng)新，性能提升而服務(wù)。

一方面，伴隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷升級，PCB板上的芯片和元器件功能更高、運行速度更快、體積更小，驅(qū)使電源管理IC提供更低更精準的核電電壓以及更大的供電電流、更嚴格的電壓反饋精度、以及更高的效率性能。另一方面，電源管理IC應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴張和深入，實現(xiàn)更優(yōu)異的控制功能、更智能的控制環(huán)路，更快速的動態(tài)響應(yīng)特性，更簡化的外圍布局設(shè)計等都“不可或缺”。電源管理IC想要“拿得出手”，都需直面這些難題。為了解決這些挑戰(zhàn)和簡化設(shè)計，數(shù)字化、模塊化、智能化電源IC等已是必然之勢。

電源管理已日益成為一個戰(zhàn)略性的競爭優(yōu)勢，特別是在通信、計算以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。隨著FPGA和SoC的不斷發(fā)展，設(shè)計人員在下一代嵌入式系統(tǒng)中增加了大量混合信號功能，實現(xiàn)了以前無法企及的系統(tǒng)級性能。如何給功能越來越多、性能越來越高、工藝越來越先進的FPGA供電，確實是一個非常具有挑戰(zhàn)性的問題。這也意味著，設(shè)計者必須要在嚴格的FPGA電源軌要求、系統(tǒng)功耗和散熱預(yù)算限制、構(gòu)建魯棒而又可靠的系統(tǒng)、符合預(yù)算要求按時完成其項目、完全滿足其電路板和系統(tǒng)對功能和性能的要求之間找到最佳結(jié)合點，這殊非易事。

數(shù)字電源激發(fā)活力

各大電源管理IC廠商為應(yīng)對這一市場走勢，都在抓緊排兵布陣，而數(shù)字電源成為他們不遺余力的“招數(shù)”。憑借靈活、快速響應(yīng)、高集成度以及高度可控的巨大優(yōu)勢，數(shù)字電源已顯示出強勁的發(fā)展勢頭。

據(jù)調(diào)研機構(gòu)IHS公司旗下IMS Research的報告，預(yù)計2017年全球數(shù)字電源市場營業(yè)收入將增至124億美元，數(shù)字電源IC市場將達到26億美元。數(shù)字電源市場以服務(wù)器和通信設(shè)備應(yīng)用為主導(dǎo)，同時拓展至其他更多應(yīng)用領(lǐng)域，或如星火燎原之勢。

從近些年的市場并購來看，無疑都佐證了這一趨勢。高通收購了Summit， Mediatek收購Richtek， Microchip收購Micrel，Altera收購了Enpirion以及最近收購了德國創(chuàng)新型芯片公司ZMDI的數(shù)字電源控制器部門，道理其實一脈相承，業(yè)界都認可并執(zhí)行類似的策略。而收購一家電源企業(yè)的好處或遠比與電源企業(yè)合作來得“直接”。

模塊化走勢彰顯

受SoC化設(shè)計趨勢的影響，近年來電源管理IC技術(shù)表現(xiàn)出越來越強的模塊化趨勢。一方面，設(shè)備正變得越來越復(fù)雜，更多功能特性、更快更復(fù)雜處理器需要更先進的電源管理解決方案，電源管理技術(shù)要在更小的硅芯片上集成更多功能同時以更高的設(shè)計靈活性實現(xiàn)更強的系統(tǒng)用電性能，這正在改變傳統(tǒng)的電源設(shè)計方法。另一方面，模塊化的電源管理IC可有效降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，節(jié)約電路板空間，提高系統(tǒng)的長期可靠性，同時也能有效降低系統(tǒng)成本，帶來的好處是顯而易見的。因而，市場上的模塊化電源管理IC開始不斷浮出水面。

此外，電源管理IC的模塊化趨勢還體現(xiàn)在與板上其他芯片的“集成化”上，市場上電源管理IC與主控芯片之間通信及監(jiān)控等功能的集成化也在日益增多。張偉超提到，未來，Altera將會利用Enpirion公司在電源方面的技術(shù)，將某些電源模塊集成進FPGA內(nèi)部，使得系統(tǒng)電路板電路更加簡潔，功耗和成本都得到優(yōu)化處理，并更加簡化FPGA系統(tǒng)的開發(fā)。

智能化提升智能性

而電源管理IC的智能化亦是大勢使然，或才能主動“配合”平臺主芯片的功能不斷升級的需求。張偉超介紹說，隨著系統(tǒng)功能越來越復(fù)雜，對能耗的要求越來越高，客戶對電源運行狀態(tài)的感知與控制的要求越來越高，電源設(shè)計人員不再滿足于實時監(jiān)控電流、電壓、溫度，還提出了診斷電源供應(yīng)情況、靈活設(shè)定每個輸出電壓參數(shù)的要求。此外，電源管理IC必須和電路板上所需要供電的設(shè)備進行有效地連接，因系統(tǒng)要求電源子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間更加實時的合作與配合，甚至要支持通過云端進行的監(jiān)控去管理，智能化的管理和調(diào)控已成必須。

如何去實現(xiàn)智能化？這需要在兩個方面下工夫，一是電源管理IC要實現(xiàn)與內(nèi)核通信，各部分之間可相互溝通交流，及時動態(tài)的控制加上無縫的溝通可成就一個智能化的電源管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地對系統(tǒng)變化的供電需求進行檢測分析和響應(yīng)，從而大大提高系統(tǒng)的效率。二是內(nèi)部參數(shù)可實現(xiàn)在線調(diào)整，這就意味著電源的動態(tài)特性是可變的，能順應(yīng)負載在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化同時還能保證一定的性能，數(shù)字電源在這方面發(fā)揮重要作用，同時還需要不斷在控制算法、自適應(yīng)方面實現(xiàn)突破。