Les circuits intégrés de gestion de l'alimentation servent aux appareils connectés en permanence, aux appareils IoT

De nombreuses fonctionnalités sont réunies pour créer un appareil portable utile. Le facteur de forme, la conception et l'efficacité énergétique sont essentiels pour réaliser des appareils qui non seulement font leur travail correctement, mais sont également confortables, attrayants et faciles à utiliser, offrant de nouvelles façons d'améliorer notre productivité, notre santé et notre mode de vie. L'objectif des concepteurs d'appareils portables et Internet des objets (IoT) permanents est d'allonger l'autonomie de la batterie tout en réduisant le facteur de forme, ce qui peut être accompli avec de minuscules circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC) hautement intégrés.

La précision de la détection optique dans les appareils portables est également une préoccupation majeure, qui est influencée par une variété de facteurs techniques, y compris le choix du PMIC. Les PMIC ultra basse consommation intègrent une architecture de circuit qui optimise la sensibilité des mesures optiques pour les applications de santé. Les nouveaux PMIC permettent la sensibilité la plus élevée pour la détection optique dans les facteurs de forme portés au poignet pour des mesures plus précises des signes vitaux, par exemple.

Ces dernières années, le nombre de capteurs portables en circulation a augmenté de façon exponentielle. Cela est dû à divers facteurs allant de l'augmentation des coûts des soins de santé à la croissance des « fanatiques de la santé » – un mode de vie caractérisé par une obsession de la santé. De plus, grâce à internet, les consommateurs ont désormais un accès facile et quasi illimité aux informations concernant leur santé. La conception de solutions fiables dans le domaine médical portable nécessite une électronique fiable. La haute fonctionnalité requise par les appareils tels que les appareils auditifs et les montres intelligentes implique une consommation d'énergie plus élevée.

La tendance continue vers des boîtiers plus petits et plus minces, à son tour, nécessite une nouvelle génération de circuits de gestion de l'alimentation intégrés qui facilitent la charge. Les batteries conventionnelles adaptées à la technologie portable, telles que les cellules lithium-ion (Li-ion), peuvent convenir aux capteurs et autres appareils portables à faible consommation d'énergie, mais elles ont du mal à répondre aux exigences portables les plus performantes telles que la parole et reconnaissance, surveillance et détection des gestes.

La conception des cartes de circuits imprimés (PCB) pour les dispositifs portables nécessite beaucoup de considération à la fois pour le choix des matériaux et une disposition correcte conformément aux exigences de compatibilité électromagnétique. Les PCB portables nécessitent un contrôle d'impédance beaucoup plus étroit, ce qui est un élément essentiel de la configuration résultant en une propagation du signal plus propre.

Architecture PMIC

Une architecture d'appareil portable typique comprend un système sur puce (SoC), de la mémoire, un écran, des capteurs et des blocs de gestion de l'alimentation. Un système de gestion de l'alimentation typique comprend un chargeur, divers convertisseurs buck et des régulateurs à faible chute (LDO) pour la connexion Bluetooth/Wi-Fi. Dans une montre connectée, par exemple, les défis de conception sont essentiellement la gestion de la dissipation et le dimensionnement de la batterie. Tout cela implique une sélection appropriée d'appareils PMIC.

La plupart des systèmes nécessitent un chargeur et diverses sorties régulées pour les fonctions de circuit communes, par exemple des bus d'alimentation 3,3 V et 1,2 V pour le microcontrôleur et les protocoles de communication.

Un chargeur linéaire intégré hautement configurable dans le PMIC prend en charge une large gamme de batteries Li-ion et comprend une surveillance de la température de la batterie pour une sécurité accrue. Un I ² bidirectionnel L'interface C permet aux concepteurs de configurer et de surveiller l'état de l'appareil. L'architecture d'un PMIC comprend également un contrôleur avec fonctionnalité de supervision.

Les systèmes d'alimentation avec convertisseurs buck et boost sont les plus efficaces. Les régulateurs linéaires à basse tension et à faible chute sont préférés pour les appareils à faible bruit, mais l'efficacité énergétique peut être un facteur critique. Un système d'alimentation optimal est représenté par l'utilisation exclusive d'alimentations à découpage. L'inconvénient de cette approche est que chaque commutateur nécessite une inductance, augmentant ainsi l'espace du PCB et la taille des appareils portables.

En conséquence, le circuit nécessite une solution de gestion de l'alimentation unique qui intègre divers bus d'alimentation à l'aide d'une architecture à entrée unique et sorties multiples (SIMO). En fournissant plusieurs sorties, l'approche SIMO, associée au faible courant de veille du contrôleur, prolonge la durée de vie de la batterie de la conception portable. Les régulateurs fournissent de l'énergie avec des pertes minimales, et l'architecture élimine certains composants en double tout en économisant sur la nomenclature.

Un exemple est le MAX20310 de Maxim Integrated, un circuit de gestion de l'alimentation intégré qui combine deux sorties buck-boost SIMO avec deux LDO et d'autres fonctionnalités de gestion de l'alimentation telles qu'un contrôleur de séquençage. Les régulateurs linéaires peuvent également fonctionner comme des interrupteurs d'alimentation qui peuvent déconnecter la charge inactive des périphériques du système ( Fig. 1 ) pour améliorer l'efficacité.

Fig 1 : Un schéma fonctionnel du MAX20310. (Image :Maxim intégré)