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一系列種神奇的產品,超低功耗,專為物聯網(IOT)設計…
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物聯網是雜誌經常討論的話題,毫無疑問,未來幾年這個市場將會顯著增長。參考下表,到2025年,預計這個市場的規模將是2018年的三倍多。

對於許多半導體製造商來說,擁有750億個連接設備是一個非常有吸引力的機會。首批推出的物聯網設備主要是使用為智能手機或平板電腦開發的標準半導體芯片。而手機或平板電腦這些設備都有2000或3000mAh的電池,甚至更大,目前這些標準半導體的耗電量足以滿足這些應用。但是對於像智能手錶、健康追蹤器、可充電助聽器、自動藥物注射筆、無線傳感器網絡、智能尺,閱讀器等小型設備的半導體芯片又如何呢?這些應用程序需要低得多的當前消費電流,所以他們的電池要小得多,但是即使電池較小,也需要持續至少超過一天的使用時間。所以半導體設計人員開始考慮開發下一代產品,低功耗成為這些產品的關鍵特性之一。

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物聯網設備的另一個特點是,它們主要是在睡眠模式下運行,並定期醒來執行一項任務,傳輸一些數據,然後再回到睡眠模式。所以實際上睡眠模式是主導的操作模式,減少這種模式下的消耗是整個產品省電並能較長時間運行的關鍵。

理光微電子株式會社是一家半導體製造企業,擁有30多年的歷史,擁有豐富的開發低功耗,小封裝產品的經驗。在這篇文章中,介紹了一些針對物聯網市場的新產品,如LDO穩壓器,DCDC轉換器,甚至是能源收集器等產品。讓我們來看看具體的電氣規格,目前看來這些規格很不可思議,但在將來可能會變得很普遍。靜態電流被減少至幾乎為零,大大增加了設備的單次充電的使用時間,並降低了電池的維護成本。

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RP118 三模式 LDO 穩壓器

儘管降壓 DCDC轉換器現在非常流行,但LDO穩壓器仍然具有一些吸引人的特性,而且它們在電路中很容易實現。有些市面上的LDO的靜態電流做到了1µA或更低,但只具備普通的瞬態響應速度。當負載瞬間變化時,輸出電壓通常有一個尖峰會出現。

RP118 LDO穩壓器,無負載的情況下其靜止電流只有0.2µA,能極大延長電池的單次充電使用時間。它是一種特殊的LDO穩壓器,有三種不同的工作模式:

1. 高速瞬態響應模式(On-Mode),提供了增強的動態性能。
2. 低功耗模式(Sleep Mode),盡可能節省電池。
3. 關斷模式(Off-Mode),將當前消耗減至最低。

Featured products - RP118x281x

LDO在低功耗和快速瞬態響應模式之間自動切換,運行模式與應用程序的輸出電流需求有關。例如,當輸出電流超過1mA時,LDO將從模式1切換到模式2,反之亦然。
快速瞬態響應模式增強了RP118的性能,特別是紋波抑制,以及負載瞬態變化時的高速瞬態響應速度,比傳統的低靜態電流LDO有更好的效果。這意味著RP118有助於優化輸出電壓穩定和紋波減少。芯片有使能管腳來控制關斷模式,在關斷模式下,靜態電流被減小到最低0.002µA。
關斷模式主要是用於設備大部分時間是在休眠狀態下,只在需要的時候打開的那種IOT設備的應用。

RP122 無縫 LDO 穩壓器

Featured products - rp122_ldo

電子設計人員經常為適合電路的LDO類型選擇而糾結不已。一種選擇是低電流消耗的LDO,但是像紋波抑制和瞬態響應速度這樣的性能對這些產品來說並不令人滿意。另一種選擇是高性能的LDO,但即使輸出當前的需求很低,它們也有很高的內部電流消耗。在2005年,Ricoh設計了一種叫做無縫LDO技術的智能解決方案,這意味著LDO內部消耗電流與輸出電流需求全程順滑的匹配,不受到開關閾值影響。 RP122 LDO調節器是一種卓越的LDO,它解決了高性能LDOs的典型問題,並提供了極好的規範,是典型的使用理光的無縫技術的標誌性產品。它具有令人印象深刻的90dB的紋波抑制率,超快速的瞬態響應速度,無負載狀態下只有9.5µA的靜態電流,其噪音輸出水平僅僅只有8µvrms的輸出。這些特性對於具有噪聲敏感電路的電池供電設備來說尤其具有優勢,將低噪音,低靜態功耗,高速瞬態響應特性完美結合。

RP511 & RP512 VFM Buck DC/DC Converter

RP511和RP512由於其WLCSP的超小封裝,可以在電路板上實現芯片和三個組件一共只需要8.0mm2或10.6mm2的PCB區域。這兩種產品的主要區別是他們的輸出電流能力,他們可以提供100mA或300mA。 RP511和RP512的靜止電流只有300nA,令人印象深刻。這個特性對延長單次充電電池使用時間至關重要。其為同步整流開關穩壓器,內置高側和低側MOSFET驅動晶體管,減少了部署時的外部二極管的需求。

此DC/DC轉換器在VFM模式下運行,在輕負載時能實現高效率(95%為0.1mA)。 VFM開關頻率隨輸入電壓、輸出電壓和輸出電流的不同而變化。

RP604 300 mA 升降壓DC/DC轉換器。

有些時候,IOT電路的工作電壓在電池的滿充電壓和低電池電壓之間。 RP604就是專門為此而設計的DC/DC。在特定的時刻,DC/DC會自動切換,從降壓模式轉變為升壓模式,保持輸出電壓不變。 RP604能在降壓模式時提供最多300mA的電流,升壓時比較小並與輸入電壓相關。令人驚奇的是,RP604在無負載狀態降壓模式下消費電流僅僅300nA,而在負載為0.1mA時,效率能達到90%。
芯片內部集成有多重保護電路,以及其他功能電路。其中有低電壓鎖定電路,當輸入電壓低於一定閾值時,DC/DC轉換器將停止工作。有軟啟動控制器,在開啟時避免電壓超調或電壓不足出現。有電感(LX)電流限制電路 ,能將電感中流過的電流限制在一個特定閾值內。有輸出過電壓保護,當輸出電壓高於閾值時,將切斷P-CH和N-CH開關。最後還有溫度保護功能,當溫度高於140°C時,會關斷芯片。

R1800 降壓 DC/DC 轉換器,能量採集專用

Featured products - rp122_ldo

1800是一種特殊的DC/DC轉換器,專用於收集和儲存由光伏,振動或溫度變化能量收集元件產生的能量,使一些設備不需要傳統電池,或無需更換電池以節省維修費用。低靜態電流R1800甚至能在沒多大變化的環境中收集非常小的能量。其靜態電流只有144 nA,在10µA輸出電流時的效率是90%。

這個降壓DC/DC轉換器能夠將剛產生於能量收集器的能量以最及時,最大限度的方式傳輸到輸出端。輸出的能量將被儲存在超級電容或可充電電池中。當輸入電壓低於某輸入閾值時停止輸出,當輸入端有足夠電壓時,轉換器將繼續工作輸出能量。這個過程將一直重複,直到超級電容或可充電電池電壓足夠高。

內置有逆流保護電路,防止當輸入端不工作時,從輸出端至輸入端的反向漏電流。殘留的反向漏電流為10nA(典型)。而R1800的輸出電壓能在內部設置。

 

 

 

綜上所述:

希望這篇文章有助於為新的應用產品提供更好的特性,能使劃時代的產品誕生。新一代產品的電池使用時間更長,甚至可以使用無傳統電池的替代電源。