全球缺芯浪潮下，PMIC也不例外，最長交期延至約一年（52周）。就在上週，PMIC原廠英集芯就向合作伙伴群發了漲價函，讓原本漲聲四起的IC市場更加雪上加霜。拍明芯城最近的客戶詢價都多了不少，竭盡全力撮合和服務著中小微電子客戶群的供需。
圖1 英集芯漲價函
那麼什麼是電源管理積體電路（PMIC）？
不同應用場景需要哪些電路設計？
當今的多功能 PMIC 為何能夠替代各種型別的穩壓器？
什麼是電源？
電子裝置或電子系統所需要的 DC 電源管理子系統的型別取決於該裝置或系統的電源。可能的電源包括 AC、電池、DC 以及超低功耗 DC（能量採集）。絕大多數由電池供電的電子產品使用鋰離子（Li-ion）或鋰聚合物（LiPo）電池。一個電池組可能包含幾塊電池，透過串聯或者並聯方式連線起來。圖 1-1 是一些示例。
以下是每種連線配置下的電壓和電流效能：
串聯電池可提高電池組電壓，同時提高整個電池組容量。
並聯電池不能提高電池組電壓，但會提高整個電池組的電流控制能力和電流容量。
串並聯電池可同時提高電壓、電流控制能力、電流容量。
在一些由電池供電的應用中，系統元件可能無法直接使用電池電力。這些元件可能需要一個更低或者更高的電壓才能正常執行。在充放電過程中，電池的電壓也會發生變化。DC-DC 轉換器可用來監控這種未調節的電池輸入電壓並使其保持穩定。這些轉換器通常被稱為穩壓器，因為它們可以根據需要提高、降低或者調節電壓（如圖 1-2 所示），然後把調整後的電壓提供給系統子元件使用。
DC-DC 穩壓器包括隔離型和非隔離型，取決於輸入接地是否與輸出接地相連：
隔離轉換器用於對輸入和輸出電壓進行隔離，一般採用變壓器或電容式電力傳輸。
非隔離轉換器有一條連線輸入接地和輸出接地的 DC 通路，並共享輸入和輸出接地連線。
DC-DC 穩壓器分類
根據所用的電壓轉換方式，DC 穩壓器共分兩類：線性穩壓器和開關式穩壓器。這是兩種基本穩壓器型別，用於相機、手機、可穿戴裝置以及計算機等電子裝置。設計工程師將基於輸入電壓、輸出電壓以及所需的電流負荷，為其系統設計選擇適當的 DC 穩壓器。
線性穩壓器
線性穩壓器可把輸入電壓（VIN）轉換為不同的輸出電壓（VOUT），使用一個線性元件（即電阻型元件）來調節輸出電壓 VOUT。線性穩壓器的一般特性：
耗散電能。
用於低電流和低電源軌。
效能不高。
用於低噪音電源。
低波紋和低噪音特性使其適合靈敏的模擬積體電路，如感測器、鎖相環路等。
對於線性穩壓器，一種重要的型別是低壓差（LDO）線性穩壓器。在 VIN和 VOUT 相差很小時，LDO。能持續輸出穩定的 VOUT。
開關式穩壓器
開關式穩壓器透過一個開關元件轉換 VIN 到不同的 VOUT，並使用外部電感和電容來穩定輸出電壓 VOUT。開關式穩壓器通常效率更高，支援比線性穩壓器更高的輸出電流。但輸出被調節後仍有波紋或開關噪聲，即使經濾波後仍然存在。
按照輸入與輸出電壓間的關係，開關式穩壓器分類如下：
降壓型開關式穩壓器：VOUT 低於 VIN
升壓型開關式穩壓器：VOUT 高於 VIN
降壓-升壓型開關式穩壓器：VOUT 可變，可低於、高於或等於VIN
以上是設計工程師常用的四種穩壓器拓撲⸺LDO 以及三種開關式穩壓器（降壓型、升壓型、降壓 - 升壓型）。在下面幾節，我們將詳細介紹這四種穩壓器。
LDO 穩壓器
低壓差線性穩壓器是一種 DC 線性穩壓器，可以在供電電壓和輸出電壓非常接近時調節輸出電壓水平。對於 LDO，跌落電壓應儘可能最小，這樣可以儘量減少電量耗散，最大限度地提高系統效率（如圖 1-3 所示）。
與開關式穩壓器相比，LDO 通常具有更高的電源供應抑制比（PSRR），意味著 LDO 可以生成低噪聲輸出電壓。LDO 一般不產生任何波紋，在降低輸入電源噪聲或波紋方面非常有用。LDO 待機電流消耗低，這使得它成為行動式和無線應用的絕佳解決方案。
降壓型轉換器
這裡 Buck 的意思是“降低”或“減弱”。降壓轉換器是一個減弱型轉換穩壓器，可以高效輸出低於 VIN 的 VOUT。降壓型電路包含電感、開關場效應電晶體（FET）或二極體、電容以及具有開關控制電路的誤差放大器（如圖 1-4 所示）。降壓轉換器會改變金氧半導體場效應電晶體（MOSFET）的開啟時間，然後把電能應用到感應器上。降壓轉換器有很高的效率，因為 MOSFET 或者完全開啟，或者完全關閉。在開和關（阻抗）兩種狀態之間，降壓轉換器不工作，這一點與線性穩壓器不同。
降壓轉換器會產生切換波形，波形為脈寬調製（PWM）模式或脈衝頻率調製（PFM）模式，然後使用外部電感和電容濾波元件進行濾波，最後生成平滑的輸出電壓 VOUT。這種電壓轉換方式效率很高，可延長電池壽命、降低系統發熱、減小產品尺寸。
降壓型轉換器用在很多透過 USB 取電的應用以及其他計算機外設中。同時也用在智慧手機、平板電腦、移動裝置以及其他很多電子裝置中。
升壓型轉換器
Boost 在這裡的意思是“增強”。升壓轉換器把 VIN 升高，產生 VOUT。例如，當您想把 3。3 伏 DC 輸入電壓轉換為 5。0 伏的輸出電壓時 VOUT 時，升壓轉換器會很方便。這種升壓操作常見於很多鋰離子或鋰聚合物電池應用。
升壓電路與降壓電路包含同樣的元件（感應器、開關場效應電晶體 ［FET］或二極體、電容器、帶開關控制電路的誤差放大器），但是具有不同的連線方式。升壓電路同樣透過控制 MOSFET 的開啟時間把電能應用到感應器來工作。（如圖 1-5 所示）。
降壓 - 升壓型轉換器
降壓 - 升壓型轉換器是一個開關模式轉換器，在單一穩壓器中結合了降壓和升壓兩種方式。它可以處理大範圍的輸入和輸出電壓。控制電路調節MOSFET 的開關時間，降低或提高輸入電壓，根據需要產生 VOUT（如圖1-6 所示）。
除圖 1-6 所示的標準降壓 - 升壓型之外，還存在其他型別的降壓 - 升壓轉換器，比如 Sepic 型、Cuk 型以及 Zeta 型。這些轉換器都可以調節VOUT，使之低於、高於或等於 VIN。
什麼是電源管理積體電路？
PMIC 是用於電壓轉換、穩壓、電池管理的積體電路。它們可以處理電源系統時序，為多種負載供電，並可以在過壓、欠壓、過流、熱故障等情況下提供保護功能。
單個 PMIC 可以管理多個外部電源，把不同的系統需求對映到適當的穩壓器輸出電壓上。它們也可以用在各種處理器、系統控制器以及最終應用上，只需要更改相關暫存器設定或韌體，而不需要重新設計新的積體電路（IC）。
因為當前的幾種趨勢，PMIC 市場正在飛速發展。一種趨勢是消費者對無線移動的追逐，帶來了對於小型、電池驅動裝置的大量需求，隨之則需要更多高整合度電源管理解決方案，如圖 1-7 所示。該圖顯示了 Qorvo 的PMIC 解決方案如何大幅度降低元件數量和方案的整體大小。
同時，消費者和廠商對節能環保、減少碳排放類產品的需求也日益增長。全球的“綠色”潮流增加了對配備高效電源管理的電子產品的需求，讓電源管理成了一種非常重要並大受歡迎的特性。
一體式 PMIC
當今的 PMIC 之所以被廣泛使用，一個重要原因是它們可以滿足應用中的多種甚至全部電壓調整功能（如圖 1-8 所示）。這些多功能 PMIC 可透過韌體來定製，從而適用於多種不同應用，消除硬體電路更改的高成本。上述特性讓它們可以在不同應用中平滑轉換，從而縮短產品上市時間。多功能PMIC或電源模組也就能替代各種型別的穩壓器。
CTIMES做過一項PMIC品牌滿意度調查，在列品牌鮮見國產品牌。
圖2 2020年PMIC品牌調查（來源：CTIMES）
但紮根PMIC的國產品牌著實不少，嶺芯（LEADCHIP）、誠芯微（CXW）、拓爾（TMI）、寶礫（POWLICON）、必易（KIWI）、東科（DK）、矽力（APD-SEMI）、晶豐明源（BPS）、茂捷（MOJAY）、矽力傑（SILERGY）、士蘭微（SILAN）、芯朋（CHIPOWN）、富滿（FM）、瑞之辰（RZC）、芯龍（XLSEMI）、航天民芯（AEROSEMI）、凌拓微（LINTOP）、微盟（MICRONE）、貝嶺（BELLING）、天源中芯（TPOWER）、芯智匯（X-POWERS）、聖邦微（SGMICRO）、南芯（SOUTHCHIP）、微源（LPS）、芯洲（SCT）、芯茂微（CHIP HOPE）、如韻（CONSONANCE）、帝奧（DIOO）、芯瑞晟（CHIPRISING）、微馳恆通（VCSEMI）、宇芯晟（COSMI）、揚晶（YANGJING）、科發鑫（KEFAXIN）、擎茂微（POWER MOS）、梓晶微（HTM）、長工微（INNOVISION）、驪微（LIWEI）、昂寶（On-Bright）、矽動力（Si-Power）、穩先（WINSEMI）等。而且量產面世的充電器、無線快充選了國產電源晶片方案的還挺多，放眼望去國產替代的機會如同星星之火，終可燎原。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，更全的商品、更優的價格和更廣泛的資訊是必要的，積極匯入和支援國產晶片的初心未變，為廣大中小微電子企業的工程師推薦中國芯應用，不斷強化橋樑紐帶作用，助力中國芯發展，未來可期。
