嵌入式NVM提高電源管理的靈活性

熱門電子市場都有一個共同特點(例如RF、顯示驅動、安全媒體和電源管理)：它們都在極短的市場窗口內運作，并競相推出各種增值的差異化產品來點燃實際的增長。但是，它們也共享其它重要的屬性：具有許多應用、更具有成本效益或通過集成小計數(shù)位(small bit-count)多次編程非易失性存儲器(NVM)而提高了性能。此外，嵌入式NVM對提高可制造性、縮短上市時間及提高產品質量有所貢獻。很顯然，嵌入式NVM是這些競爭異常激烈的市場的主要競賽贏家。電源管理也不例外，但是，正如我們所看到的，普通的NVM卻做不到。

轉向更為邏輯的NVM

盡管當今的設計工程師可以選擇多種NVM，但是，具有低成本、高性能和應用靈活性的嵌入式NVM卻很少。對于某些應用目標，排除了許多選擇的可能性。例如，盡管傳統(tǒng)的激光熔絲可能適合于單一數(shù)字位，但是它們由工廠一次性編程，不能重復精確模擬修整，不能現(xiàn)場升級，也不具備可靠性。多次熔絲的缺點很多，相關文獻的介紹很詳盡。

閃存是較好的選擇，但是，成本不低，其需要增加的工藝使制造這種NVM架構的成本高達每晶圓幾百美元。另一方面，EEPROM的應用已經(jīng)有相當長的時間，正因為如此，它比較便宜；但是它并不是你的選擇，當你考慮選擇它的時候，發(fā)現(xiàn)它卻受制于較老的工藝技術，性能也受制到無法接受的低水平。至于較新的嵌入式EEPROM的品種，與閃存類似，需要額外的掩模層和工藝步驟，因此，老一代技術的成本優(yōu)勢蕩然無存。

在重要的熱門市場中的許多玩家已經(jīng)轉向采用以Logic CMOS工藝技術設計的NVM方案。Logic CMOS工藝技術不僅僅與電源管理之類的熱門市場應用的CMOS工藝目標直接兼容，而且具有強大的高性能和低成本組合，使之完美地適用于嵌入式NVM。

電源管理選項和折衷

采用先進的半導體工藝技術，能夠進行極高水平的集成并實現(xiàn)低電壓工作，但是，為這些芯片提供電源管理卻面臨特殊的挑戰(zhàn)。對于高性能微處理器，電流需求呈指數(shù)增長，其發(fā)展甚至受到越來越快的時鐘速率的驅動。隨著處理器電流遠遠大于100A，在芯片級和系統(tǒng)級設計中，對精確、低噪聲電源及電源控制靈活性的需求已經(jīng)成為關注的焦點。

對于電源管理IC設計工程師來說，盡管成本已經(jīng)成為主要關注，可是終究要找到一個綜合考慮了設計架構、裸片大小和工藝技術的聚合點，以設計出具有小計數(shù)位的NVM(典型值是512字節(jié))。在電源管理IC的情形下，較老的工藝技術(例如0.35um)肯定成本最低，但是，它們的性能也相當?shù)?，并且缺乏領先的庫和知識產權(IP)的可用性，從而不能獲得競爭差異的優(yōu)勢。同樣，它們不能滿足侵略性和創(chuàng)新設計的目標。

一方面，領先的工藝技術(從90nm到60nm)在非常特殊的應用中占有地位，這些工藝非常昂貴，更不要說針對這些工藝的長期設計計劃將需要同時冒風險對重要的單元庫元件進行質量認證(將需要冒著風險采用許多未經(jīng)質量認證的重要單元庫元件)。因為最終的成本和對市場交貨時間的潛在沖擊，對于大多數(shù)應用產品來說，此刻最好仔細地進行設計。

另一方面，0.25um邏輯CMOS工藝(向下有0.18um和0.13um)容易滿足電源管理IC設計對成本、性能及庫可用性的目標要求，這些技術既先進且穩(wěn)定。此外，其普及程度高，具有競爭成本優(yōu)勢；同等重要的是可以利用經(jīng)過驗證的、符合質量標準(或即將被質量認證)的先進NVM模塊。

關于方程式的設計架構側，在對參考電壓和電流、放大器偏置及其它模擬參數(shù)的調校中，NVM已經(jīng)成為具有如此吸引力的單元，以至于其應用已經(jīng)事實上被新興的PMBus(電源管理總線)標準所統(tǒng)治。利用這種新型的數(shù)字電源管理通信協(xié)議，PMBus指令被用于設置電源的工作參數(shù)(通過編程NVM)、監(jiān)視工作過程并也在響應錯誤中執(zhí)行正確的操作。在這種情形下，小計數(shù)位NVM應該顯而易見，以平均偶然的觀測結果。缺省的通道電壓、上拉及下拉電阻的方向和類型、各種GPIO的特性、電壓斜波次數(shù)、打開及關閉序列等等這些可配置的數(shù)值，都有效和方便地儲存在嵌入式NVM之中。

在精確校準數(shù)字電壓調整和轉換電路的需求驅動下，必要的數(shù)值在生產過程中被最佳地寫入片上的一小段NVM之中。在這一點不僅僅要對整個存儲器編程和測試，還要同時驗證NVM中儲存的特殊配置設置，從而極大地增強了電源管理模塊的最終測試良率。最后，當產品被升級或在現(xiàn)場被重新配置的時候，固件修補也會受到NVM內容的極大支持。

本文小結

從前后模擬整修到升級現(xiàn)場產品，多次可編程NVM提供了重要的功能，不僅僅是創(chuàng)新工具，而且是實用器件。在電源管理之類的熱門市場應用中，意味著制造商能夠在開發(fā)周期期間多次重新對器件編程，從而能夠靈活地快速響應瞬息萬變的市場需求，更不要說在現(xiàn)場簡化制造業(yè)務、提高性能并更正問題的好處了。

利用針對若干應用而優(yōu)化的架構，并采用從16位到256位(具有無數(shù)的功能選項)的配置，Impinj公司的嵌入式AEON NVM方案在電源管理應用中適合于降低成本、提高性能、增加功能、加強安全性、提高可靠性并縮短市場時間。通過利用先進的通用CMOS工藝技術，AEON NVM不需要額外的掩模層或處理步驟(與閃存或EEPROM不同)；且與OTP/多狀態(tài)熔絲(poly fuse)方案不同，它可以多次編程。

Impinj公司采用邏輯CMOS工藝的AEON多次可編程NVM是Primarion公司DiPOL PX7510電源管理控制器SoC設計的關鍵元件。

來自Impinj公司的集成AEON NVM特別適合于Primarion公司的電源管理應用，其中僅僅需要很少的存儲器。

集成NVM可以極大地降低整個外部閃存的成本和電路板的面積。

Impinj公司的AEON NVM采用標準CMOS邏輯工藝實現(xiàn)，不需要額外的處理步驟。

PMBus建立電源管理標準

盡管PMBus的歷史相對短暫，但是其倡議已經(jīng)獲得了壓倒多數(shù)的支持。僅僅在一年前的2005年3月，官方的1.0版本協(xié)議規(guī)范就由系統(tǒng)管理接口論壇公司發(fā)布。在寫作本文的時候，接受PMBus的公司已經(jīng)由8家增加到現(xiàn)在的24家，且包括許多著名的半導體公司和電源管理公司，其中幾家已經(jīng)向市場推出符合PMBus的產品。

PMBus定義了與電源轉換器或IC進行數(shù)字通信的通用語言或協(xié)議。盡管PMBus規(guī)范并未針對特殊的產品，人們普遍公認大多數(shù)成功產品的實現(xiàn)都要采用某種NVM。其驅動力在于：OEM需要可以任意重編程的、靈活的交鑰匙方案，而不需要做硬件改變或PCB重新設計。片上NVM還容許將通用電源管理IC或轉換器編程為具有若干獨特的特性，從而極大地減少各種SKU的數(shù)量，并簡化OEM或子合同制造商的庫存管理。