一次电池物联网设备
许多小型IoT器件要求用一次电池长期工作。
因此，在为传感器、MCU、无线通信各功能供应超低消耗工作且高效电源的同时，电池控制、监视也变得重要。在此，将示例一种解决方案，其添加了一般且适合电池长期工作的电源配置及切断运输和不使用时的电源消耗的功能。
备注：关于锂一次电池
30V是二氧化锰型 / 36V是亚硫酰氯型
解决方案概要
关于升压IC
电路框图(a)是可将MCU直接连接到电池的情况。简单的IoT/安全/可穿戴/医疗的小型器件多为这种结构。
近年来，在18V～38V的大范围内工作的MCU越来越多，这种情况下，无需使用电源IC，即可直接连接到电池使用。对此，RF和传感器需要33V的固定电压，即使工作电压宽也为了要满足规格，大多需要一定电压以上的电压，即需要升压IC。RF和传感器不会一直工作，有时RF也会每天通信一次，而且是几秒钟。
此外，即使看起来像一直在工作，其实有很多情况是通过细致地ON/OFF控制降低消耗电流，使电池耐用。为实现上述工作，在需要时，MCU将对RF和传感器的工作进行ON/OFF控制。此外停止时，不仅会停止RF和传感器的功能，还会使升压IC及稳压器停止工作，可长时间使用电池。要抑制工作时的纹波，使其噪声频率恒定，PWM固定型适合。
如果轻载的工作状态存在，则使用PWM/PFM转换（自动切换工作模式）型。此外，要抑制EMI，并使其小型化，线圈一体型适合。升压 DC/DC
XCL102: PWM, 线圈一体型XCL103: PWM/PFM, 线圈一体型XC9141: PWM, 外置线圈XC9142: PWM/PFM, 外置线圈关于LDO
为了使RF和传感器的电源噪声更低，有时会在升压IC的后级使用稳压器。具有高纹波抑制比/低噪声并且良好的负载瞬态响应特性的高速LDO最适合于消耗电流的陡峭变化的RF部位此外，传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下，也有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器XC6233: 高速
XC6215: 低消耗
关于RESET IC
监视电池电压，电压下降时，向MCU发送信号。使用超低消耗型，抑制对电池的负担。
关于改善电池的耐久性的解决方案 / Push Button Load SW
电路框图(b)是一种通过添加Push Button负载开关，功能追加和大幅度改善电池的耐久性的解决方案。为了共享MCU控制和按钮控制需要开关引脚右侧的SBD和MCU的VDD的上拉电阻是需要的。
Push Button 负载开关XC6194: 1A SW内置XC6193: 支持外置Pch驱动大电流本解决方案具有以下很大的优点。
1、防止从产品出货到开始使用的电池放电
被称为“Storage模式”、“Ship模式”。最适合不能拆卸电池的设备。此时的消耗电流几乎为0。通过按下按钮，即可开始使用。当然，可与此IC共享MCU控制用的按钮。
2、可用作主电源ON-OFF开关
可用按钮代替机械开关进行ON-OFF。例如，最适合防水设备。MCU可向SHDN引脚发送信号，并关闭Push Button负载开关。此外，我们还准备了可通过长按按钮关闭Push Button负载开关的类型。
3、解除死机
设备死机等异常时，可有效利用长按按钮的OFF功能。选择长达5秒或10秒的类型误 *** 作而关闭的可能性会降低，适用于死机对策。关闭后，再次按下按钮即可使之正常启动。并且Push Button负载开关作为对电池有益的功能，具有以下特点。
通过冲击电流防止功能，抑制启动时的冲击电流
启动完成后有PG引脚输出可起动使下一级电源IC和MCU工作。
如上所述，即使是以直接连接到电池工作的MCU为核心的简单的IoT器件，稍微花点功夫就可进一步改善电池的耐久性和容易满足小型高灵敏度要求。
Li-ion Polymer互联网设备
虽然是电池工作，但传感器和通信的频率高且功能复杂的IoT器件大多使用Li-ion/Polymer二次电池。对一次电池的充电控制和配合电源电压的超低消耗降压DCDC的追加是有代表性的电源解决方案。
解决方案概要
关于CHARGER IC
使用Li-ion/Polymer的IoT器件需要充电用电池充电IC和将电压降至MCU的电源电压范围内的降压DC/DC或稳压器。首先，我将说明电池充电IC的用法。充电电压（CV : Charge Voltage）和充电电流（CC : Charge Current）是基本选择。根据所需的充电电流，选择充电IC和电阻RISET。
电池充电ICXC6808: 5mA ~ 40mAXC6803: 40mA ~ 280mAXC6804: 200 mA ~ 800 mA本电路框的Li-ion/Polymer电池是内置NTC，外置PCM（电池保护电路）的情况。无论内置/外置都需要PCM。关于NTC，如果没有内置在电池中，请注意放置场所并将其外置。如果不需要NTC，请通过电池充电IC指定的方法处理NTC连接引脚。这里显示充电状态的CSO引脚已用于向MCU发送充电情况。CSO引脚为N沟开漏输出，已通过电阻上拉到MCU的电源，以使信号的“H”电平与MCU的I/O电压范围相匹配。
如果用LED显示充电状态，则通过限制电流用电阻驱动LED，使该电源从VIN获得。这是为了避免用充电IC供应的充电电流驱动LED。VIN中放置了浪涌保护用TVS。因为是外部引脚，可能会有ESD等浪涌、及劣质USB适配器在无负载时也可能会产生相当高的电压，要用TVS和齐纳二极管采取对策。
此外，在充电的同时使用负载电流的情况、或一直供电5V，将Li-ion/Polymer电池用于备用时，可使用具有从VIN或电池两者输出提供适当电流的Current Path功能的高功能充电IC。带Current Path和Shutdown 电池充电ICXC6806关于MCU专用降压DC/DC及LDO
Li-ion/Polymer电池高达CV = 42V或435V，一般来说，最大38V左右的MCU需要降压DC/DC或稳压器。在IoT设备中，MCU许多期间在Sleep状态下工作，因此IOUT从μA级（Sleep时）到100mA以上（工作峰值时）必须高效。通过将在超低消耗的同时搭载输出电压切换（VSET）功能的降压DC/DC用于此用途，可进一步改善电池的耐久性。如果使用输出电压切换功能，即使使用电流相同也能降低工作电压，可大大降低功耗。一般来说，MCU因内置的RF、模数和高速运算等，所以在工作时需要较高的电源电压，但可在Sleep时以最小电压工作。例如，Sleep时通过将VOUT从30V降至18V，可减少MCU的功耗，大幅改善电池的耐久性。降圧DC/DCXC9276: Iq = 200nA, 输出电压切换功能XCL210: 线圈一体型 Iq = 05μA (无输出电压切换功能)如果要廉价配置解决方案，稳压器适合。
此外在可充电的应用程序中，即使是效率低下的稳压器，有时也会被判断没有问题而使用。稳压器XC6504: Iq = 06μA, 无需输出电容
关于RF/Sensor专用降压DC/DC及LDO
RF和传感器也因电池电压高而需要降压DC/DC和稳压器。
仅在需要MCU时，设CE=“H”，工作降压DC/DC，向RF和传感器供应电压使之工作。停止时，不仅会停止RF和传感器的功能，也会停止降压DC/DC的工作，可使电池长时间使用。要抑制工作时的纹波，使其噪声频率恒定，PWM固定型适合。如果有轻载的工作状态，则使用PWM/PFM转换（自动切换工作模式）型。如果要使用稳压器，高纹波抑制/低噪声且像RF一样的消耗电流变化陡峭的负载瞬态响应出色的高速LDO最适合。此外，传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下，会有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器XC6233: 高速XC6215: 低消耗
关于RESET IC
使用超低消耗电压检测器可监视电池电压。MCU的电源电压与检测的电池电压不同，因此要使用N沟开漏型，通过电阻上拉到MCU的电源电压，并将信号传递给MCU。如果想降低检测后的上拉电阻消耗电流，将监测（VSEN）引脚从电源（VIN）引脚中分离，并使用CMOS输出型。通过从MCU的电源电压获得电源，可使用CMOS输出型。电压检测器XC6136 N型: Iq～100nA (N型 : N沟开漏输出)XC6135 C型: Iq～100nA，传感引脚分离型 (C型 : CMOS输出)关于Push Button重启控制器
关于作为死机对策而附加的Push Button重启控制器。
Push Button重启控制器XC6190Li-ion/Polymer的IoT设备一般不能拆卸电池，所以需要在死机等设备异常时进行复位并使之重新启动的功能。本例中有两个MCU控制用按钮，Push Button重启控制器与其共同使用。死机时，同时持续按下两个开关，规定的时间过去后，RSTB下降到“L”，可复位MCU。RSTB为N沟开漏输出，因此将上拉到MCU的电源电压。这里是向MCU发送了RESETB信号，另外也有例如控制驱动MCU电源的降压DC/DC的CE，通过长按RESET关闭DC/DC来强制重新启动的方法。如上所述，通过配置最合适功能的IC，可实现简单而工业设备所需的低噪声、长寿命的高性能IoT设备。
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在全球贸易战和经济增速放缓的国际形势下，芯片的国产化势头不可阻挡，一方面中国是最大的半导体消费国，还有美国对我国IC产业链的限制，这些都促使我们自主自强。据相关数据显示，2019年我国芯片自给率仅为30%左右，国家规划到2025年，中国芯片的自给率要达到70%。除了存储芯片和处理器芯片，电源芯片也是最大的一块蛋糕之一。
电源管理芯片主要是负责电子设备系统中电能的转换、配电、检测和电源管理，负责将源电压和电流转换为可由微处理器和传感器等使用的电源。人们的生活已离不开电子设备，电源管理芯片对电子系统而言是不可或缺的。虽然目前国内的电源芯片企业实力和国外顶级厂商相比，还有些差距，但是在产品种类上正在逐渐完善，具备了一定的国产替代能力，中国的电源管理芯片企业毛利率水准远高于其他行业，高盈利能力吸引了潜在进入者不断涌入市场。据相关数据统计，2015-2020年中国电源管理芯片市场规模逐步增长，年增长率约9%，新的应用领域层出不穷，电源芯片市场正在迎来很多新势力，产业的革新正在进行当中。截至2019年底，电源芯片行业的企业数量超过1500家，近五年，年平均增长60家以上。
痛并成长着的国内电源芯片市场
由于电源管理芯片行业盈利能力较强加上进入门槛较低，每年吸引许多潜在进入者竞相投入，但大部分电源管理芯片企业由于技术门槛不高而只能在低端市场恶性竞价。电源市场繁荣的背后，也凸显了很多行业的问题，企业创新能力不足、同质化产品严重、制造工艺不成熟、产品的一致性差、行业价格战等痛点，国内企业对于高端产品的研发投入少，害怕失败和创新的投入，这些问题不解决，中国的电源IC产业很难和国际媲美。目前，电源管理芯片正朝着高效低耗化、集成化、内核数字化、智能化等趋势发展，高端的电源芯片正是市场的刚需。
正是因为门槛不是很高，很多国内的新公司通过无晶圆模式切入到电源IC市场，但是这些企业往往定位在电源的中低端电源管理芯片领域，做到最后往往受制于价格的巨大波动，行情不好也容易导致公司业绩波动。
对于国内企业从事中高端电源芯片产品，一个最大的壁垒就是缺乏产业链的配合以及昂贵的晶圆制造成本，没有自己的完善产业链，电源IC企业想角逐高端市场难上加难，企业发展自然也受限。
在笔者采访的企业中，有一家老牌的电源IC企业，它们正在用高端的电源产品对标国际大厂。深圳芯茂微电子是一家位于深圳罗湖的高端电源IC厂商，公司拥有自己的封装厂，具备电源的全产业链优势，主要聚焦在BICMOS和BCD工艺平台进行产品研发，贴近客户需求进行正向定义、设计、封装、测试和销售芯片产品，其芯片广泛应用在物联网、智能家居、消费类电子、通信、计算机、机器人、无人机、电力电子和医疗电子等领域。
虽然国内电源厂商近年来取得了一定的成绩，但是这远远不够。曾经有业内人士说道，中国的电源管理芯片市场份额八成被欧美厂商垄断，国内企业在高端领域的市占率不到一成。国产替代形势严峻。狭路相逢勇者胜，芯茂微电子的市场策略就是和顶级国际厂商竞争并占领市场，取得客户对公司的认可。芯茂微表示，对标美国PI、MPS、ON、NXP、TI等厂商是公司目标，现阶段主要聚焦1000W以下模拟电源，2030年成为AC-DC电源芯片领域全系列的国产产品第一的供应商。
芯茂微电子总经理赵鑫表示，"芯茂微电子聚焦于AC-DC电源管理芯片，所谓AC-DC，就是高压交流电转为低压直流电，可以说是所有用电设备的工作基础。经过10年的积累，产品功率从5W突破到300W，拥有数十项国内发明专利及海外PCT，销售数量及金额已进入AC-DC电源芯片领域国内前三甲。"
凭什么角逐高端电源芯片大蛋糕？
对于电子设备所具备的功能越多，性能越高，其结构、技术、系统就越复杂，电源管理芯片的性能离不开先进的工艺和设计技术，新的工艺、封装和电路设计技术能提高电源功率密度、延长电池寿命和减少电磁干扰以及增强电源和信号完整性，从而让芯片系统更安全。对于高端的电源芯片厂商芯茂微电子而言，这些核心的技术它们掌握了精髓。
能进入高端的电源IC市场，必须具备强大的质量管控能力。据悉，芯茂微的全线产品均通过ISO9001，14000和18000的质量体系认证，芯茂微也承担了"Gan高频电源驱动芯片"深圳市技术攻关项目，参与了2019年广东省重大专项，对每一个电路的设计产品质量的严格把关，是芯茂微取得技术突破、获取成功的第一要素。在芯片制造过程和封测出货过程，芯茂微都选择国内首屈一指的制造商合作，确保制造过程中的质量管控，客户满意始终是我们的质量目标。完善的产品停产管控体系、客诉管控体系、产品迭代管控体系、生产管控体系和新品开发管控体系是芯茂微质量保证的关键。
芯茂微电子的"杀手锏"
1、完善的电源芯片全产业链
随着工业领域对大功耗器件节电的需求，5G、物联网、智能电表、电动 汽车 、智能机器人等新兴应用也需要更好质量的电源管理IC，电源管理芯片产品的发展趋势表现为多样化，体现在供电电压趋势、数字电源管理趋势、产品设计周期缩短趋势、产品面积缩小趋势和低成本趋势等。芯茂微的全产业链优势就是能更好的控制产品质量和成本，从电源芯片的工艺开发、系统定义、产品定义、芯片设计、版图设计，再到产品的流片中测、封装成测、功能性验证、质量与可靠性验证、批次性验证、系统验证应用方案等，这些都是芯茂微自己的团队完成，可控性很强。通常情况下，包含所有环节的设计公司不足15%，很多同行的公司缺乏工艺开发、系统定义、产品定义、质量与可靠性验证、批次性验证、系统验证等环节，拥有完善的电源芯片全产业链公司具有很大的市场优势。
芯茂微表示，公司上游供应链中，晶圆代工部分均在全球排名前十的FAB厂商，如TSMC、华虹宏力等，封测代工部分在均全球前十的封装厂进行代工，如长电 科技 、华天 科技 等，稳定的供应链正是产品优秀质量的保证。
对于工艺技术的持续投入，正是芯茂微不断发展和壮大的"利器"。2020年3月，衡阳市第一批产业项目集中开工仪式视频会议在高新区举行，湖南矽茂5G半导体产业园在开工仪式上全面启动，该项目总投资10亿元，项目公司为湖南省矽茂半导体有限责任公司，深圳芯茂微就是其大股东。
2、先进的工艺和技术
和设计企业相比，掌握晶圆制造能力的设计公司无疑是拥有更多的技术优势。欧美和台湾地区正是掌握了这个核心，占据领先位置多年。由于电源管理IC的技术成熟度越来越高，产品的差异化成为抢占市场的关键。
BICMOS是把双极型晶体管和CMOS器件同时集成在同一块芯片上的新型的工艺技术，它集中了上述单、双极型器件的优点，取长补短，针对高速和高性能的芯片生产。芯茂微已经推出了独特的700V BCD工艺平台、12W 以内内置BJT AC-DC 电源芯片、同步整流技术、高压BUCK非隔恒压恒流电源芯片、200W以上大功率正反激系列原副边配套芯片等。
据悉，芯茂微的700V BCD 工艺平台优势在于拥有自主知识产权，先进的衬底终端技术、功率集成技术、内部多种器件集成等应对市场的高度集成化需求，可以定制客户需求的各种不同类型的功率器件及控制芯片，这个平台获得了国家 科技 进步二等奖。
随着5G及快充的逐步普及和应用，产品功率提升要求增加，要求同步整流耐压更高、内阻更低，DCM模式也会转向CCM模式，在CCM模式下对同步整流开通和关断的检测与控制技术要求更高。高功率密度、小型化都是今后的主流，要求同步整流的检测、环路响应及控制的速度要更快。
据介绍，同步整流芯片技术在高功率密度电源领域应用上有很大优势，芯茂微在同步控制器研发阶段的时间超过6年，技术水准和产品稳定性处于行业领先水平。芯茂微相关人员表示，公司主要聚焦18~300W适配器市场，芯茂微做的合封高压同步整流芯片性能，目前已在亚洲区域领先，并助力2018年的央视春晚及元宵晚会显示大屏。在PD快充市场、生活电器市场、手机充电器市场领先对手至少一代，如LP2801、LP3667、LP3669系列产品，均具有外围简洁、高性能、高可靠性、低功耗等特点。
据了解，2009年，芯茂微推出了国内第一款高压 700V工艺芯片LP2703/45，量产产品的功率从12W提升到国内领先的500W。2014年，芯茂微推出自供电 AC-DC 电源芯片LP377X/378X等系列产品，深得客户认可，累计出已超过40亿颗，目前出货平均50KKPCS/M。2020年10月，单月订单已突破187亿颗。针对大功率正激电源，芯茂微电子在2018年量产了LP9901，SRC01等同步整流控制芯
片，所生产的产品已经进入春晚市场。2020年推出行业集成度最高LP3715/6C系列自供电产品，凭借优异的性能和可靠性，得到了联想等大客户的认可。
五年后目标是在AC-DC领域国际前五
如今，芯茂微电子已在高端电源芯片领域取得了很多成绩。2018年，获批GaN电源驱动芯片深圳市技术攻关项目，200W电源整流芯片被春晚电视墙采用，是物联网wifi模块AC-DC电源管理芯片行业标准牵头单位；2019年，公司量产销售产品功率提升到500W，获批广东省重大专项"Si 衬底上 GaN 基功率器件的关键技术研究及应用，在AC-DC模拟电源芯片领域销售数量和金额领先友商。
提升产品的工艺良率、稳定性和产品可靠性是公司的目标。公司的团队实力强大，涵盖电源芯片的工艺开发，系统设计，电路设计、版图，产品验证、测试、封装、考核，系统验证、考核，质量体系，销售，财务，人事等。未来，在5G、AI、物联网、新消费电子、 汽车 电子等应用对电源芯片的需求增加，国内的电源芯片厂商迎来了一个反超国际大厂的良好机会。芯茂微电子总经理赵鑫表示，集成电路是个非常艰苦的行业，为了吸引人才，留住人才，发挥人才的主观能动性，芯茂微的持股员工数已超过总员工总数量的20%。未来，我们会在专注人才投入的同时，大力增加研发资金的投入，产品功率突破到10KW，进入本领域国际前五强。
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5G的更好一点而此次海尔中央空调全球首发的5G物联中央空调，同时搭载了5G和物联网技术，可以通过自带的5G网络远程控制，使传输速率达到毫秒级，为用户打造最佳体验
2020年6月30日，全球最大的传播集团WPP与品牌资产研究专家凯度集团（Kantar）联合发布了2020年BrandZ最具价值全球品牌100强。海尔以全球唯一物联网生态品牌蝉联百强，全球排名较去年提升21位，品牌价值显著提升，生态品牌持续引领。同时，海尔还获得BrandZ授予的全球第一个“物联网生态品牌”奖。该奖项旨在表彰海尔在全球品牌进化方面的标杆引领5G对于云计算的发展有什么影响呢？5G本质上讲的是端到基站通信的问题，但实际上应用的链很长，5G只是其中的一段。当5G这个技术出来后，高可靠、低时延、大规模机器连接，移动带宽会变化非常大。
第一，高可靠。超低时延的确会带来很大的影响，应用层面短时间看比较少，后端的影响会逐渐显现出来。如果5G无线的时延降低后，带来的挑战是后面的环节要想办法降低，同时这也是一个比例的问题。
第二，边缘计算。边缘计算的好处在于延时，很多的处理从端到边缘就结束，而不用到云上面，包括安全控制，有的边缘计算可以控制的场景下可能安全性好一些。还有一些服务，因为后面很长链路出问题很大，如果端到边缘距离比较短，出问题的概率比较低，当后台断了还是可行的，这是重要的边缘计算方面。
从时延角度来讲，目前互联网用的比较多的是CDN，在5G下CDN的重要性会大大提升，因为大家追求低时延的要求，当5G的时延低了，带宽大了对内容响应有很大的提升，CDN有很多结合的地方。
第三，异构资源。对用户体验，从前端传输到后台设备的传输，这是一个大的周期。如果对花在传输上的时间变短，客户要求计算是否可以更快，这是自然的选择。如果计算慢存储时间短那用户体验就不好。
现在有了异构计算，比如与人工智能相关的GPU的方式，现在计算不仅仅是由GPU还有各种各样的加速，可能有FPGA还有AM不同的计算，这是大的趋势，按照统一的方式，所有的计算都是X86的。
第四，存储。5G从低时延的角度来讲，要更快更好，。很多存储计算体系结构来说，很多体系都在存储结构当中，这个趋势也是可以匹配起来的，在存储领域力度要高，而且速度要快。业界在研究内存和外存和的方式，内存掉链了也不会掉技术，整个体系架构，冯诺伊曼的体系架构在某些点在改造，使得在传统的性能改变，甚至在存储加处理器来提升处理速度，缩短处理周期的时延。
第五，网络的整体改造。5G本质上解决的只是终端的最后一公里，当然可能连最后一公里都到不了，如果频率高了距离会近一些，这只是传输链当中最小的一段。从云平台构建角度来讲，我们需要把整个网络统一考虑规划，不仅仅是最后一公里那一段，比如DC的网络要更加低时延，还有网络整体架构，一方面可以充分地利用5G端时延下降的情况，而且使得时延更加降低，也就是端到端的网络时延降低，不能依靠5G那一端。
第六，大规模连接方面，包括大规模的机器通讯，对整体云上的影响也是比较大，我们知道5G有一个很大的特点，每平方公里的连接速度可以超过200万个，传统的通讯不需要这么大的通讯量，因为没有这么多的人，在互联网的发展往万物互联的方向走，需要更多的物件、器械、小设备都会连上来，对5G带来一个大的推动作用，从云端来讲需要结合起来看怎么做。
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