使用SIMO PMIC的便携式电子产品运行时间更长

手掌大小的电子产品——有足够的空间——执行一系列相当复杂的功能。从持续监测生命体征的腕戴式健身手环到进行现场语言翻译的耳戴式设备，这些复杂的设备都带有一些严格的设计考虑：

PCB面积

散热

电池寿命

噪音

由于新功能增加了电源轨

上市时间

产品定义技术人员主要成员 Gaurav Mital 表示，与传统的大型电源解决方案相比，使用单个电感器、多输出 （SIMO） 升降压架构可以帮助解决当今许多智能连接设备所面临的普遍挑战在 Maxim 的移动解决方案业务部。Mital 最近与 Hackster.io 合作举办了一场 45 分钟的网络研讨会，题为“为什么便携式电子设备使用 SIMO PMIC 表现更好”，以讨论这项技术。

“物联网设备呈指数级增长，消费设备正在推动这种增长。这些是可穿戴设备、可听设备、遥控器、生命体征监测……”米塔尔说。“我们需要小尺寸的解决方案。我们必须很好地控制热量，因为现在我们的耳道或眼睛附近都有设备。我们不喜欢过于频繁地为我们的设备充电，所以如果我们可以增加充电周期之间的时间，这就是我想要的我正在使用的产品。然后是噪音，所以当我进行噪音感应时，这些是我们从身体获得的非常小的信号，因此我们必须确保电源解决方案不会产生任何额外的噪音。”

SIMO 架构带来更高效率、更小尺寸

便携式连接设备通常具有以下组件：Li+ 充电器、5V 近场通信 （NFC）/传感器、1.85V 蓝牙®和音频（低噪声）以及 1.2V 微处理器。这些负载是物联网 （IoT） 设备的典型负载。这些电源轨的输出电压通常在 1.2V 至 5V 之间，对于某些设备甚至更宽。必须具备高系统效率、小解决方案尺寸和低静态电流。Mital 提出了一种具有 SIMO 架构的电源管理 IC （PMIC），作为满足这些要求的一种方式。尤其是具有线性充电器、3x 电流吸收器、电源排序、150mA 低压差稳压器 （LDO） 和 I 2的三输出 SIMO 升降压稳压器C 作为一个完整的系统解决方案，可跨多个平台进行扩展。“当你有一个解决方案为整个 ［系统］ 供电时，你不必担心其他部分的特性，”他说。

传统的开关稳压器拓扑要求每个开关稳压器为每个输出配备一个单独的电感器。电感器体积大且成本高，使其不太适合小型设计。相比之下，在降压-升压 SIMO 架构中，单个电感器可在宽输出电压范围内调节多达三个输出电压。当输出低于某个阈值时，这会触发电感器为该输出提供服务。由于输出具有不同的电压和负载，因此此服务过程不是顺序的；相反，它是按需发生的，Mital 解释说。这种架构在保持效率的同时减小了解决方案的大小。

为了突出效率优势，Mital 展示了一个带有一个电感器的传统电源树。在这种情况下，90.2% 的效率仅反映了单个稳压器的效率，而不是整个系统的效率。由于采用 3.3V LDO，电池电流为 49mA，V BATT MIN 为 3.4V，此处的整体系统效率为 69.5%。然后，Mital 将这种情况与具有单个电感器的 SIMO 电源树进行了比较。在这种情况下，电池电流为 43.4mA（相比之下节省了 5.6mA），并且由于 PMIC 工作范围（允许更多放电） ，V BATT MIN 为 2.7V。SIMO方案的系统效率为78.4%，比传统电源树效率提高8.9%。

始终开启、低功耗和更好的性能

在他的会议上，Mital 重点介绍了一些用例，以展示使用基于 SIMO 架构的始终开启、低功耗 PMIC 进行设计的优势。例如，对于噪声敏感的耳机放大器，电源中的 SIMO 技术支持一些降低输出电压纹波的技术：

与集成 LDO 串联放置的降压-升压输出可以显着降低噪声。由于该解决方案是集成的，因此不必担心必须添加额外的组件。

降低电感器的电流限制可优化输出电压纹波。

为噪声敏感轨添加一个额外的电容器可降低这些轨上的噪声。

在耳机放大器应用的测试设置中（如图 2 所示），Mital 比较了一种设置，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 供电，而 VDD 和 DVDD 由 MAX77650 超低功耗 PMIC 提供 SIMO 和电源路径充电器。 MAX77650采用 2.75mm x 2.15mm x 0.7mm 晶圆级封装 （WLP），具有 5.6µA 工作电流、0.3µA 关断电流和 I 2C 兼容接口。测试案例表明，使用 SIMO PMIC 为音频编解码器供电可以延长电池寿命，而不会影响音频质量。测试的带内频谱输入信号包括：无信号、-60dBFS、-3dBFS，标称32Ω负载。带内频谱快速傅立叶变换 （FFT） 显示分立 LDO 提供的 VDD 和 DVDD 与 SIMO PMIC 提供的 VDD 和 DVDD 几乎相同的噪声和频率内容。SIMO 驱动耳机放大器上的 VDD 和 DVDD 电源不会影响本底噪声和谐波含量。

图 1. 左侧是测试设置 1，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 提供。右侧是测试设置 2，VDD 和 DVDD 由 MAX77650 SIMO PMIC 提供。

Mital 介绍了其他几个用例，以展示高度集成的 SIMO PMIC 如何降低功耗并延长小型便携式电子设备的电池寿命。智能耳塞提供了一种具有多轨的真正无线解决方案，如图 3 所示。由于左右耳塞需要相同的功能，因此 MAX77650 可用于两者。Mital 指出，Maxim 试图在其不同的 SIMO PMIC 系列中保持一致的寄存器映射，以便用户可以轻松地将固件从一个平台移植到另一个平台。

图 2. 智能耳塞是一种真正的无线解决方案，可以利用两侧的 SIMO PMIC 为多个电源轨提供服务。

除了可使用 SIMO 技术的可穿戴设备和可穿戴设备之外，还有更大的应用。头戴式睡眠辅助设备需要大量的处理能力来处理由多个传感器收集的大量数据。该应用的主系统可以使用MAX77714完整的系统 PMIC，具有 13 个稳压器、8 个 GPIO、实时时钟和灵活的电源排序，适用于多核应用。该设计的子系统可以利用 SIMO PMIC 为加速度计、音频和接近传感器的电源轨提供服务。

审核编辑：郭婷