為虛擬現實應用中的應用處理器 （AP） 供電帶來了一些與靈活性、效率和尺寸相關的設計挑戰。完全集成的MAX77714 PMIC具有高靈活性和高集成度，非常適合各種空間受限的應用處理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高頻操作可最大限度地減小無源尺寸，從而進一步減小 PCB 尺寸和成本。

介紹

由于虛擬現實、嵌入式視覺、物體動作、行人檢測和手勢識別等新應用，對高度靈活和自適應的 PMIC 的需求正在增長，這些應用都需要深度學習算法。AP 必須高度靈活且可重新配置，以實現最新、最有效的算法，并根據需要添加新功能。該系統解決方案要求低功耗，因為其中許多應用都是便攜式的。因此，PMIC必須支持動態負載和低功耗模式轉換，同時體積小且效率高，以最大限度地減少能源浪費并延長不受限制的操作。本文討論了在這些應用中為 AP 供電的挑戰，并提供了一個 PMIC 示例，該示例在尺寸和效率方面是同類最佳的。

典型的虛擬現實系統

虛擬現實 （VR） 頭戴式設備的框圖如圖2所示。VR頭顯是一個計算密集型環境。圖像顯示需要專門的圖形處理單元（GPU）和圖像處理單元（IPU）來增強客戶體驗。音頻處理需要快速的數字信號處理 （DSP），而整個系統由中央處理器 （CPU） 編排。

圖2.VR頭戴式設備框圖。

VR系統需要優化的電源管理解決方案，以支持數據處理、通信和傳感器功能。負載曲線是動態的，并且趨向于較低的輸出電壓，這收緊了負載瞬態下降要求。由于處理器位于包裹在整個人頭上的設備上，因此較低的散熱解決方案推動了電源管理IC的選擇。

典型接入點電源管理解決方案

圖3顯示了一個典型的VR電源管理解決方案以及成功運行系統所需的幾個輔助功能。多個電壓軌為 CPU、內存和其他必要功能供電。實時時鐘 （RTC） 和 32kHz 高精度晶體振蕩器 （XTAL） 可實現精確計時。GPIO 擴展器提高了開啟和關閉功能、模塊和傳感器的靈活性。

使用分立IC實現這種復雜的功能集在多個方面都可能非常具有挑戰性：

AP 系統需要一個無毛刺的上電序列，以便在電壓和溫度的轉折條件下成功啟動。系統最終導致過度設計和笨重。

如果在正常操作期間遇到系統或調節器故障，必須向處理器發出警報以確定后續步驟。此檢測的優先級和順序至關重要。

由此產生的大尺寸解決方案尺寸和較長的PCB走線會對穩壓器效率產生不利影響，從而縮短器件的運行時間并增加系統中的散熱。

分立式系統解決方案增加了電路板上的元件數量，并且由于裝配問題和較差的信號完整性，容易出現更高的故障率。

在分立解決方案中具有許多IC會擠塞I2C 總線并增加處理器讀取關鍵信息之前的延遲。

圖3.VR頭戴式設備框圖。

集成解決方案

完全集成的解決方案可以克服設計人員使用分立式電源解決方案所面臨的挑戰。圖 4展示了單個集成 PMIC 如何為 AP 供電，從而在不影響性能的情況下減小 PCB 尺寸、重量和體積。

圖4.完全集成的接入點電源管理。

MAX77714為完整的電源管理IC，適用于采用片上系統（SoC）應用處理器的便攜式設備。兩個高電流降壓穩壓器（SD0 和 SD1）針對 AP 的 CPU 和 GPU 軌進行了優化，并在輸出電壓（0.26V 至 1.52V 范圍內）上具有動態電壓調節 （DVS）。輸出級RDS（ON）經過優化，可實現卓越的效率，如圖5的競爭分析所示。

這些穩壓器還支持強制脈寬調制控制技術，以在低負載條件下將紋波降至最低。另外兩個降壓穩壓器（SD2和SD3）更通用，輸出范圍更寬。所有四個開關穩壓器均具有內部補償功能，從而最大限度地減少了對外部元件的需求。

圖5.效率優勢。

該PMIC還具有9個高度可配置的集成低壓差（LDO）線性穩壓器，具有150mA至450mA的電流能力，適用于系統中的噪聲敏感軌。所有 LDO 均具有兩種軟啟動速率，以限制啟動期間的浪涌電流并支持寬輸出電壓范圍。可以將 8 個 GPIO 引腳配置為交替模式操作。可以將 4 個 GPIO 引腳分配給靈活的電源排序 （FPS）。可將 3 個 GPIO 引腳配置為輸出 32kHz 時鐘，以同步外部系統。第 8 個 GPIO 引腳可配置為系統喚醒引腳。帶有外部晶體振蕩器的實時時鐘提供計時和鬧鐘喚醒功能。如果不使用此功能，則可以使用可選的內部硅振蕩器來節省BOM成本。強大的開/關控制器狀態機驅動 FPS 進行上電/斷電、故障處理和電源模式控制，而 AP 的干預最少。此外，還集成了看門狗定時器，用于系統監控目的，以幫助克服 AP 操作掛起狀態。

PMIC 采用 70 焊球、4.1mm x 3.25mm x 0.7mm、0.4mm 間距晶圓級封裝 （WLP），非常適合空間受限的應用。這與小無源器件的高頻操作相結合（圖 6）。

圖6.評估板PCB布局示例

PMIC 具有多個配置寄存器，可通過 I 進行定制2C 語言可針對多種應用量身定制。

結論

為虛擬現實應用中的接入點供電會帶來一些與靈活性、效率和尺寸相關的設計挑戰。憑借其高靈活性和高集成度，完全集成的PMIC非常適合各種空間受限的應用處理器。低 RDS（ON）集成 FET 可提供卓越的效率，而高頻操作可最大限度地減小無源器件尺寸，從而進一步減小 PCB 尺寸和成本。

審核編輯：郭婷