隨著SOC越來越復雜，包含的IP越來越多，單個SOC上實現(xiàn)了CPU, 射頻模塊，相機模塊，DDR控制模塊，外設(shè)等等功能。多種功能，多種IP也帶來了多檔電源的需求。同時為了滿足低功耗的挑戰(zhàn)，SOC通常被分為多個電源域，不同的電源域可以獨立的上下電。

為了滿足SOC對電源的需要，SOC內(nèi)部一般會集成一個專門的電源管理單元(Power Magagement Unit, PMU).

典型的SOC芯片供電系統(tǒng)和內(nèi)部電源管理單元如下圖所示：

PMIC(Power management IC): 電源管理集成電路，主要特點是高集成度，將擁傳統(tǒng)的多路輸出電源封裝在一顆芯片內(nèi)，使得多電源應用場景高效率更高，體積更小。是SOC外部的電源管理芯片。一個SOC通常需要多顆PMIC.

PMU可以看作外部供電系統(tǒng)和內(nèi)部功能單元之間的橋梁，在SOC中起著非常重要的作用。

1. 電源管理芯片(PMIC)

PMIC是power management IC的縮寫，中文是電源管理集成電路，主要特點是高集成度，將擁傳統(tǒng)的多路輸出電源封裝在一顆芯片內(nèi)，使得多電源應用場景高效率更高，體積更小。版上的PMIC圖如下所示：

2. 電源管理單元(PMU)

1.1 什么是PMU

PMU: Power Management Unit.

PMU就是電源管理單元，一種高集成的、針對便攜式應用的電源管理方案，即將傳統(tǒng)分立的若干類電源管理芯片，如低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、直流直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC)，但現(xiàn)在它們都被集成到手機的電源管理單元(PMU)中，這樣可實現(xiàn)更高的電源轉(zhuǎn)換效率和更低功耗，及更少的組件數(shù)以適應縮小的板級空間，成本更低。

很多地方，PMU等同于PMIC，但是這里討論的SOC外部的供電芯片是PMIC, SOC內(nèi)部的電源管理單元被稱為PMU.

SoC處理器的PMU一般具備以下特性：

需要外部電源芯片提供多檔電源，或在某檔電源上施加較高的電流。原因在于SoC處理器通常要求其核心、I/O設(shè)備和存儲單元等獨立供電，而這些單元對電壓、電流、頻率等的要求通常各不相同。

應能為外部供電系統(tǒng)提供專用控制信號，通過PMU控制寄存器設(shè)定這些控制信號的狀態(tài)，實現(xiàn)實時軟件控制機

PMU的一些基本接口信號如系統(tǒng)復位、電源狀態(tài)指示信號等發(fā)生變化后，SOC處理器狀態(tài)將隨之改變。

PMU由內(nèi)部DC／DC和PMu寄存器等構(gòu)成，PMU為SOC的處理器，PLL, DDR, 圖像單元等供電。同時，PMU也利用電源管理總線(PMBus)控制外部供電系統(tǒng)。

PMU一些基本功能如下：

控制開關(guān)機，上電下電順序

輸入電源自動選擇切換

電池充電控制，電量檢測

按時序輸出電壓

輸出電壓過壓 欠壓 過流保護

每個輸出電壓的開關(guān)控制

動態(tài)調(diào)整CPU核心電壓

電池及IC溫度超溫保護

不同SOC的PMU實現(xiàn)的功能不同，但是SOC中PMU是低功耗電源域控制的關(guān)鍵部件。

1.2 DC/DC

DC: Direct Current 直流

DC/DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個定義都可以叫DC/DC轉(zhuǎn)換器.

DC/DC，表示的是將某一電壓等級的直流電源變換其他電壓等級直流電源的裝置。DC/DC按電壓等級變換關(guān)系分升壓電源和降壓電源兩類，按輸入輸出關(guān)系分隔離電源和無隔離電源兩類。例如車載直流電源上接的DC/DC變換器是把高壓的直流電變換為低壓的直流電。

1.3 動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)（DVFS）

DVFS: Dynamic voltage and frequency scaling

DVFS 即動態(tài)電壓頻率調(diào)整，動態(tài)技術(shù)則是根據(jù)芯片所運行的應用程序?qū)τ嬎隳芰Φ牟煌枰瑒討B(tài)調(diào)節(jié)芯片的運行頻率和電壓(對于同一芯片，頻率越高，需要的電壓也越高)，從而達到節(jié)能的目的。

DVFS本質(zhì)上是一種低功耗技術(shù)，目的是根據(jù)的芯片當時的實際功耗需要設(shè)定工作電壓和時鐘頻率，這樣可以保證提供的功率既滿足要求又不會性能過剩，從而可以降低功耗。

3. 電源管理總線（PMBus）

在供電要求較復雜的系統(tǒng)中,通常使用多個DC/ DC 轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生不同的半導體器件所需要的供電要求。導致一個明顯結(jié)果就是在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)測試及日常使用的過程中,控制和監(jiān)測這些電源將變得更加復雜。

目前,許多高性能DC/DC 轉(zhuǎn)換器仍然通過無源元件產(chǎn)生的模擬信號來進行控制。即使采用最先進的電源電路拓撲,也不得不使用外部的電位器和電容來調(diào)節(jié)諸如啟動時間、輸出電壓值及開關(guān)頻率等參數(shù),而且這些參數(shù)不能隨時更改。

PMBus 是一種開放型標準的數(shù)字電源管理協(xié)議，可通過定義傳輸和物理接口以及命令語言來實現(xiàn)變換器與其他設(shè)備的通信。

PMBus 的傳輸層是基于低成本的SMBus (系統(tǒng)管理總線) 的1. 1 版本,這是個功能強健、符合工業(yè)現(xiàn)場應用標準的I2 C串行總線的版本,具有分組校驗和主機通知的功能。

PMBus 繼承了SMBus 的SMBAL ERT 信號,該信號可使從屬設(shè)備中斷系統(tǒng)主機對總線的控制,

此方式一方面減少了系統(tǒng)主機的負擔,使主機在大多數(shù)時間內(nèi)進行閉環(huán)控制;另一方面比用專門的微控制器來查詢的方式更靈活。。此外, PMBus 協(xié)議將從屬設(shè)備的默認配置數(shù)據(jù)保存在永久性存儲器內(nèi)或者在硬件上設(shè)置好, 在上電的過程中, 不需通過總線通信來得到初始配置信息, 縮短了啟動時間, 也減少了一部分總線數(shù)據(jù)傳輸。

典型的PMbus連接圖如下所示：

PMBus作為一種I2C的增強版本，在結(jié)構(gòu)上和I2C很像，但是協(xié)議上做了很多增強。這里就不詳細描述，如果想了解的更清楚，最好的方法是去看PMBus的協(xié)議。

4. 后記

電源管理是SOC中比較偏門的知識，芯片設(shè)計一般有專門的人來進行PMU設(shè)計，一般的設(shè)計人員如果能了解一些基本的電源管理的知識和概念，對整個芯片和低功耗的設(shè)計會很有好處。