手掌大小的電子產品——有足夠的空間——執行一系列相當復雜的功能。從持續監測生命體征的腕戴式健身手環到進行現場語言翻譯的耳戴式設備，這些復雜的設備都帶有一些嚴格的設計考慮：

PCB面積

散熱

電池壽命

噪音

由于新功能增加了電源軌

上市時間

產品定義技術人員主要成員 Gaurav Mital 表示，與傳統的大型電源解決方案相比，使用單個電感器、多輸出 （SIMO） 升降壓架構可以幫助解決當今許多智能連接設備所面臨的普遍挑戰在 Maxim 的移動解決方案業務部。Mital 最近與 Hackster.io 合作舉辦了一場 45 分鐘的網絡研討會，題為“為什么便攜式電子設備使用 SIMO PMIC 表現更好”，以討論這項技術。

“物聯網設備呈指數級增長，消費設備正在推動這種增長。這些是可穿戴設備、可聽設備、遙控器、生命體征監測……”米塔爾說。“我們需要小尺寸的解決方案。我們必須很好地控制熱量，因為現在我們的耳道或眼睛附近都有設備。我們不喜歡過于頻繁地為我們的設備充電，所以如果我們可以增加充電周期之間的時間，這就是我想要的我正在使用的產品。然后是噪音，所以當我進行噪音感應時，這些是我們從身體獲得的非常小的信號，因此我們必須確保電源解決方案不會產生任何額外的噪音。”

SIMO 架構帶來更高效率、更小尺寸

便攜式連接設備通常具有以下組件：Li+ 充電器、5V 近場通信 （NFC）/傳感器、1.85V 藍牙?和音頻（低噪聲）以及 1.2V 微處理器。這些負載是物聯網 （IoT） 設備的典型負載。這些電源軌的輸出電壓通常在 1.2V 至 5V 之間，對于某些設備甚至更寬。必須具備高系統效率、小解決方案尺寸和低靜態電流。Mital 提出了一種具有 SIMO 架構的電源管理 IC （PMIC），作為滿足這些要求的一種方式。尤其是具有線性充電器、3x 電流吸收器、電源排序、150mA 低壓差穩壓器 （LDO） 和 I 2的三輸出 SIMO 升降壓穩壓器C 作為一個完整的系統解決方案，可跨多個平臺進行擴展。“當你有一個解決方案為整個 ［系統］ 供電時，你不必擔心其他部分的特性，”他說。

傳統的開關穩壓器拓撲要求每個開關穩壓器為每個輸出配備一個單獨的電感器。電感器體積大且成本高，使其不太適合小型設計。相比之下，在降壓-升壓 SIMO 架構中，單個電感器可在寬輸出電壓范圍內調節多達三個輸出電壓。當輸出低于某個閾值時，這會觸發電感器為該輸出提供服務。由于輸出具有不同的電壓和負載，因此此服務過程不是順序的；相反，它是按需發生的，Mital 解釋說。這種架構在保持效率的同時減小了解決方案的大小。

為了突出效率優勢，Mital 展示了一個帶有一個電感器的傳統電源樹。在這種情況下，90.2% 的效率僅反映了單個穩壓器的效率，而不是整個系統的效率。由于采用 3.3V LDO，電池電流為 49mA，V BATT MIN 為 3.4V，此處的整體系統效率為 69.5%。然后，Mital 將這種情況與具有單個電感器的 SIMO 電源樹進行了比較。在這種情況下，電池電流為 43.4mA（相比之下節省了 5.6mA），并且由于 PMIC 工作范圍（允許更多放電） ，V BATT MIN 為 2.7V。SIMO方案的系統效率為78.4%，比傳統電源樹效率提高8.9%。

始終開啟、低功耗和更好的性能

在他的會議上，Mital 重點介紹了一些用例，以展示使用基于 SIMO 架構的始終開啟、低功耗 PMIC 進行設計的優勢。例如，對于噪聲敏感的耳機放大器，電源中的 SIMO 技術支持一些降低輸出電壓紋波的技術：

與集成 LDO 串聯放置的降壓-升壓輸出可以顯著降低噪聲。由于該解決方案是集成的，因此不必擔心必須添加額外的組件。

降低電感器的電流限制可優化輸出電壓紋波。

為噪聲敏感軌添加一個額外的電容器可降低這些軌上的噪聲。

在耳機放大器應用的測試設置中（如圖 2 所示），Mital 比較了一種設置，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 供電，而 VDD 和 DVDD 由 MAX77650 超低功耗 PMIC 提供 SIMO 和電源路徑充電器。 MAX77650采用 2.75mm x 2.15mm x 0.7mm 晶圓級封裝 （WLP），具有 5.6μA 工作電流、0.3μA 關斷電流和 I 2C 兼容接口。測試案例表明，使用 SIMO PMIC 為音頻編解碼器供電可以延長電池壽命，而不會影響音頻質量。測試的帶內頻譜輸入信號包括：無信號、-60dBFS、-3dBFS，標稱32Ω負載。帶內頻譜快速傅立葉變換 （FFT） 顯示分立 LDO 提供的 VDD 和 DVDD 與 SIMO PMIC 提供的 VDD 和 DVDD 幾乎相同的噪聲和頻率內容。SIMO 驅動耳機放大器上的 VDD 和 DVDD 電源不會影響本底噪聲和諧波含量。

圖 1. 左側是測試設置 1，其中 VDD 和 DVDD 由 LDO 提供。右側是測試設置 2，VDD 和 DVDD 由 MAX77650 SIMO PMIC 提供。

Mital 介紹了其他幾個用例，以展示高度集成的 SIMO PMIC 如何降低功耗并延長小型便攜式電子設備的電池壽命。智能耳塞提供了一種具有多軌的真正無線解決方案，如圖 3 所示。由于左右耳塞需要相同的功能，因此 MAX77650 可用于兩者。Mital 指出，Maxim 試圖在其不同的 SIMO PMIC 系列中保持一致的寄存器映射，以便用戶可以輕松地將固件從一個平臺移植到另一個平臺。

圖 2. 智能耳塞是一種真正的無線解決方案，可以利用兩側的 SIMO PMIC 為多個電源軌提供服務。

除了可使用 SIMO 技術的可穿戴設備和可穿戴設備之外，還有更大的應用。頭戴式睡眠輔助設備需要大量的處理能力來處理由多個傳感器收集的大量數據。該應用的主系統可以使用MAX77714完整的系統 PMIC，具有 13 個穩壓器、8 個 GPIO、實時時鐘和靈活的電源排序，適用于多核應用。該設計的子系統可以利用 SIMO PMIC 為加速度計、音頻和接近傳感器的電源軌提供服務。

審核編輯：郭婷