探索下一代高效小型電源管理

低功耗藍牙、Wi-Fi 6和蜂巢式物聯網（cellular IoT）為低功耗物聯網設備帶來了聯機功能。運行這些協議的Nordic SoC、協同IC和SiP的無線解決方案，可以延長物聯網設備的電池壽命。

但是，電源管理不僅僅需要高效芯片，來自電池或電源的電能也必須進行調節和分配，如果設備由可充電電池供電，則偶爾需要充電。這意味著，無論無線芯片中的處理器、無線電和內存多么高效，如果電源管理系統不夠優化，都會影響電池壽命。

以小型封裝打造精巧的電源管理系統

建置高效的電源管理系統本來已是一項艱巨任務，而同時要實現小型設計就更具挑戰性。許多物聯網產品的空間有限，而傳統的電源管理解決方案通常由多個芯片組成，例如穩壓器、電池充電器、電量計、外部看門狗和強制重置默認裝置，這些都會占用寶貴的空間。

Nordic通過nPM系列電源管理IC（PMIC）解決了電源管理在效率和空間兩個方面的難題。該系列包括nPM6001（具有六個獨立控制的電源軌）、nPM1100（雙模式可配置降壓穩壓器和整合電池充電器）及nPM1300。這款PMIC針對最高效率和小尺寸進行了優化，將可靠運行所需的基本功能整合在一個小型封裝，從而簡化了系統設計。

智慧電源管理

nPM1300采用5 x 5 mm（QFN32）或3.1 x 2.4 mm（WLCSP）小型封裝，整合兩個降壓轉換器、兩個負載開關、一個電池充電器、USB-C兼容輸入、運輸模式和電量計。這樣將電源管理從多達八個芯片加相關被動組件，簡化為一個芯片搭配幾個被動組件。

除了高度整合之外，PMIC還提供通常必須單獨添加到傳統電源管理電路中的關鍵系統管理功能。這些功能包括啟動失敗恢復、強制重置默認裝置、省電「休眠」模式、看門狗定時器和掉電警告等關鍵項目。

無需耗電的精確電量測量

對于消費者來說，準確了解物聯網設備的剩余電池壽命非常有用。工程師通常通過測量電池電壓來實現這一目的，電池電壓可以代表剩余電量，或者使用庫侖計數器來獲得更精確的結果，庫侖計數器是持續測量流入或流出電池的電流以確定電池總電量的裝置。

電池電壓測量方法簡單易用，耗電量小，但精準度不高，尤其是在電池受溫度變化影響的情況下。庫侖計數器更為精確，但需要額外的組件，耗電量也更大。相比之下，nPM1300具有高精度的電量計，兼具電池電壓測量的簡單性和較低功耗與庫侖計數器的精確性。

Nordic通過實驗比較庫侖計數器、電池電壓測量和nPM1300電量計。與庫侖計數器相比，電池電壓計算的峰值誤差接近20%。相比之下，nPM1300 的電量計與庫侖計數器相比，最大誤差僅為2%，并且大部分誤差在1%以內。

由軟件驅動電量計

Nordic電量計能夠在很寬的溫度范圍內保持高精度，關鍵在于由主處理器驅動的軟件算法。處理器使用的信息包括從電池流出的電流、電池端電壓、系統電壓和電池溫度熱敏電阻讀數。

為了使算法產生準確的結果，首先必須「學習」電池特性（如果終端產品繼續使用同一種電池，則只需學習一次）。教學使用Nordic的評測工具套件（EK）進行，該工具套件配備了電量計板，可提供合適的電阻負載，還配備了Nordic nPM PowerUP應用程序。

校準后，通過電流、電壓和溫度輸入，主處理器使用自家開發的算法準確得出電池在設備壽命期間的電量狀態。一秒鐘測量頻率的功耗，使得主機處理器的典型開銷增加大約4微安培。

從電池到天線的電源管理

為了最大限度地延長電池使用壽命，必須研究無線產品系統的每個部分如何影響整體功耗。開發人員需要優化每個組件，從電池一直到云端連接的，包括無線電運作、處理和電源管理，以便最大限度地利用電源?？蛻舨捎肗ordic的SoC或SiP等進行設計，可以獲得盡可能降低無線產品能耗的優化基礎。