在電子產品領域中，便攜式產品是發展最迅速，也是最活躍的應用之一。便攜式產品在處理能力上不斷提高，越來越多的新功能不斷出現。以手機為例，當今的智能手機主芯片處理能力幾乎接近個人電腦，各種商務、娛樂、多媒體，以及GPS功能都可以通過手機實現。此外，便攜產品也越來越注重用戶使用體驗。便攜式產品設計者，不斷提高產品在視覺、聽覺上的表現，并且不斷地提高產品的易用性，令使用者感覺產品的功能不斷增多，但使用卻更加簡單。便攜式電子產品對模擬芯片功能的幾個基本訴求卻一直沒有改變，比如支持越來越高質量的音視頻用戶體驗、更小的方案尺寸、更長的電池工作時間等等。這些基本訴求對電源管理和音視頻解決方案產品在性能、效率以及集成度方面不斷提出新的挑戰。
電源管理芯片（PMIC）概念
今天的電源管理芯片（PMIC）已經不只是簡單的電源輸出路數的疊加，而是根據應用系統的需求，對各種模擬功能的有選擇的整合。通常在便攜試電子產品中模擬功能包括：常規的電源轉換電路如LDO、Buck、電池管理。特殊的電源管理如LED驅動、RF專用的電源控制。還包括音頻數模轉換以及傳感器管理等。下圖中各種組件都可以根據需要集成到電源管理芯片當中。
要發展性能出色的電源管理芯片，必須先具備經過驗證的構成組件，通常稱之為IP或者Building Block。任何沒有經過驗證的IP第一次放在高集成度的PMIC中，都增加了潛在的設計風險。因此美國國家半導體一直堅持并行的發展分立模擬芯片和高集成度芯片，包括分立LDO、DC/DC、充電器、LED驅動器、RF以及各種音頻產品，并且不斷提高其性能。這些分立產品一直具有廣泛的應用需求，在這些經過充分驗證的分立芯片的基礎上我們能夠根據特定應用場合快速地開發出各種高集成度的PMIC。
豐富的經過驗證的IP，是發展PMIC的基礎。而發展PMIC更需要目標應用的深入理解包括：系統構架，應用需求，應用特性等等。不同的便攜式產品的系統構架，功能需求千變萬化，無論是相對高集程度的，還是相對分立的解決方案。對客戶來說合適的才是最好的。以手機應用為例，客戶不同的系統構架和設計需求決定了對不同PMIC的需求。我們可以把PMIC分為支持基帶子系統的基帶PMIC和支持應用處理器子系統的AP PMIC兩大類。 而不同的基帶芯片和應用處理器對PMIC需求又不盡相同。
PMIC的集成度和靈活性一定會存在矛盾。不可能有一款PMIC適合所有不同的設計。所以分離電源方案一定會長期存在。至于哪些構件適合采用PMIC或者分離器件，其實并沒有固定的規律，而是由具體設計來決定。在目前大部的設計者希望PMIC集成那些和主芯片組相關的供電功能（DC/DC， LDO等），以及一些常規存在功能（充電器、比較器 RTC等）。而那些和產品個性設計相關的功能如燈光管理、閃光燈驅動等，顯然由分立方案實現更加合適。而從成本的要求出發，一些深入定制的客戶化PMIC，可以將系統芯片組以外的模擬功能盡可能地集成。
圖1： 電源管理芯片應用及構成
電源管理芯片（PMIC）面臨的設計挑戰
如何提高系統用電效率，降低功耗始終是PMIC的設計挑戰。目前所有基于不同電源管理拓撲的芯片效率都幾乎達到了極限。系統的用電效率已經不能單純靠提高電源轉換效率得到很大的改善。提高效率的設計重點，已經從電源轉換環節過渡到了負載環節。如何最聰明的讓負載盡量減少不必要的耗電，成為設計的關鍵。目前最常見的這類技術是動態電壓管理技術（DVS）。 美國國家半導體擁有非常獨特的自適應電壓管理（AVS）技術。與基于簡單的“查找表”的DVS技術不同，我們的AVS技術是將一部分檢測電路植入主芯片中，這部分電路對主芯片的工作頻率、環境溫度，以及芯片制成等參數進行實時地動態地監測，并指示電源管理芯片輸出最優化的電壓。通過該技術可以節省高達60%的用電。另外，我們還有針對RF PA的節電方案 （RF Power），可以讓系統根據RF PA的實際功率輸出等級，動態地調整供電電壓，以很大程度的節省RF PA的功耗。
此外很多模擬產品越來越智能，我們在其中增加了很多自動調節和控制的功能，減少對主芯片的依賴。比如LED燈光管理芯片，內部集成了SRAM，可以根據預先編程對LED驅動進行控制，不需要占用CPU資源。再比如背光驅動芯片具有環境亮度傳感器接口，驅動芯片可以根據環境亮度自行調整背光亮度，不需要令CPU處在實時輪訊狀態，這些設計也從一定程度上降低了系統功耗。
圖2： PMIC基帶子系統框圖
此外封裝是決定PMIC方案尺寸的重要因素。美國國家半導體擁有領先的封裝技術，其microSMD封裝技術可以使芯片的尺寸和晶元尺寸相同。目前的管腳間距做到0.4mm。以一顆81個管腳的PMIC為例，芯片的尺寸只有3.6mm×3.6mm。
如前面討論的，PMIC的開發已經不是靠半導體廠商自行設計能夠完成的。而是要依靠和客戶深度合作。豐富的IP，對應用系統的深入理解，以及領先的封裝技術是發展PMIC三個重要方面?？蛻粼谶x擇PMIC供應商合作伙伴的時候要充分考慮供應商在這三個方面的經驗和實力。