嵌入式NVM提高电源管理的灵活性

热门电子市场都有一个共同特点(例如RF、显示驱动、安全媒体和电源管理)：它们都在极短的市场窗口内运作，并竞相推出各种增值的差异化产品来点燃实际的增长。但是，它们也共享其它重要的属性：具有许多应用、更具有成本效益或通过集成小计数位(small bit-count)多次编程非易失性存储器(NVM)而提高了性能。此外，嵌入式NVM对提高可制造性、缩短上市时间及提高产品质量有所贡献。很显然，嵌入式NVM是这些竞争异常激烈的市场的主要竞赛赢家。电源管理也不例外，但是，正如我们所看到的，普通的NVM却做不到。
转向更为逻辑的NVM
尽管当今的设计工程师可以选择多种NVM，但是，具有低成本、高性能和应用灵活性的嵌入式NVM却很少。对于某些应用目标，排除了许多选择的可能性。例如，尽管传统的激光熔丝可能适合于单一数字位，但是它们由工厂一次性编程，不能重复精确模拟修整，不能现场升级，也不具备可靠性。多次熔丝的缺点很多，相关文献的介绍很详尽。
闪存是较好的选择，但是，成本不低，其需要增加的工艺使制造这种NVM架构的成本高达每晶圆几百美元。另一方面，EEPROM的应用已经有相当长的时间，正因为如此，它比较便宜；但是它并不是你的选择，当你考虑选择它的时候，发现它却受制于较老的工艺技术，性能也受制到无法接受的低水平。至于较新的嵌入式EEPROM的品种，与闪存类似，需要额外的掩模层和工艺步骤，因此，老一代技术的成本优势荡然无存。
在重要的热门市场中的许多玩家已经转向采用以Logic CMOS工艺技术设计的NVM方案。Logic CMOS工艺技术不仅仅与电源管理之类的热门市场应用的CMOS工艺目标直接兼容，而且具有强大的高性能和低成本组合，使之完美地适用于嵌入式NVM。
电源管理选项和折衷
采用先进的半导体工艺技术，能够进行极高水平的集成并实现低电压工作，但是，为这些芯片提供电源管理却面临特殊的挑战。对于高性能微处理器，电流需求呈指数增长，其发展甚至受到越来越快的时钟速率的驱动。随着处理器电流远远大于100A，在芯片级和系统级设计中，对精确、低噪声电源及电源控制灵活性的需求已经成为关注的焦点。
对于电源管理IC设计工程师来说，尽管成本已经成为主要关注，可是终究要找到一个综合考虑了设计架构、裸片大小和工艺技术的聚合点，以设计出具有小计数位的NVM(典型值是512字节)。在电源管理IC的情形下，较老的工艺技术(例如0.35um)肯定成本最低，但是，它们的性能也相当低，并且缺乏领先的库和知识产权(IP)的可用性，从而不能获得竞争差异的优势。同样，它们不能满足侵略性和创新设计的目标。
一方面，领先的工艺技术(从90nm到60nm)在非常特殊的应用中占有地位，这些工艺非常昂贵，更不要说针对这些工艺的长期设计计划将需要同时冒风险对重要的单元库元件进行质量认证(将需要冒着风险采用许多未经质量认证的重要单元库元件)。因为最终的成本和对市场交货时间的潜在冲击，对于大多数应用产品来说，此刻最好仔细地进行设计。
另一方面，0.25um逻辑CMOS工艺(向下有0.18um和0.13um)容易满足电源管理IC设计对成本、性能及库可用性的目标要求，这些技术既先进且稳定。此外，其普及程度高，具有竞争成本优势；同等重要的是可以利用经过验证的、符合质量标准(或即将被质量认证)的先进NVM模块。
关于方程式的设计架构侧，在对参考电压和电流、放大器偏置及其它模拟参数的调校中，NVM已经成为具有如此吸引力的单元，以至于其应用已经事实上被新兴的PMBus(电源管理总线)标准所统治。利用这种新型的数字电源管理通信协议，PMBus指令被用于设置电源的工作参数(通过编程NVM)、监视工作过程并也在响应错误中执行正确的操作。在这种情形下，小计数位NVM应该显而易见，以平均偶然的观测结果。缺省的通道电压、上拉及下拉电阻的方向和类型、各种GPIO的特性、电压斜波次数、打开及关闭序列等等这些可配置的数值，都有效和方便地储存在嵌入式NVM之中。
在精确校准数字电压调整和转换电路的需求驱动下，必要的数值在生产过程中被最佳地写入片上的一小段NVM之中。在这一点不仅仅要对整个存储器编程和测试，还要同时验证NVM中储存的特殊配置设置，从而极大地增强了电源管理模块的最终测试良率。最后，当产品被升级或在现场被重新配置的时候，固件修补也会受到NVM内容的极大支持。
本文小结
从前后模拟整修到升级现场产品，多次可编程NVM提供了重要的功能，不仅仅是创新工具，而且是实用器件。在电源管理之类的热门市场应用中，意味着制造商能够在开发周期期间多次重新对器件编程，从而能够灵活地快速响应瞬息万变的市场需求，更不要说在现场简化制造业务、提高性能并更正问题的好处了。



利用针对若干应用而优化的架构，并采用从16位到256位(具有无数的功能选项)的配置，Impinj公司的嵌入式AEON NVM方案在电源管理应用中适合于降低成本、提高性能、增加功能、加强安全性、提高可靠性并缩短市场时间。通过利用先进的通用CMOS工艺技术，AEON NVM不需要额外的掩模层或处理步骤(与闪存或EEPROM不同)；且与OTP/多状态熔丝(poly fuse)方案不同，它可以多次编程。
Impinj公司采用逻辑CMOS工艺的AEON多次可编程NVM是Primarion公司DiPOL PX7510电源管理控制器SoC设计的关键元件。
来自Impinj公司的集成AEON NVM特别适合于Primarion公司的电源管理应用，其中仅仅需要很少的存储器。
集成NVM可以极大地降低整个外部闪存的成本和电路板的面积。
Impinj公司的AEON NVM采用标准CMOS逻辑工艺实现，不需要额外的处理步骤。
PMBus建立电源管理标准
尽管PMBus的历史相对短暂，但是其倡议已经获得了压倒多数的支持。仅仅在一年前的2005年3月，官方的1.0版本协议规范就由系统管理接口论坛公司发布。在写作本文的时候，接受PMBus的公司已经由8家增加到现在的24家，且包括许多著名的半导体公司和电源管理公司，其中几家已经向市场推出符合PMBus的产品。
PMBus定义了与电源转换器或IC进行数字通信的通用语言或协议。尽管PMBus规范并未针对特殊的产品，人们普遍公认大多数成功产品的实现都要采用某种NVM。其驱动力在于：OEM需要可以任意重编程的、灵活的交钥匙方案，而不需要做硬件改变或PCB重新设计。片上NVM还容许将通用电源管理IC或转换器编程为具有若干独特的特性，从而极大地减少各种SKU的数量，并简化OEM或子合同制造商的库存管理。
Larry Morrell
Impinj公司的IP产品副总裁
larry.morrell@impinj.com
Deepak Savadatti
Primarion公司的市场副总裁
deepak.savadatti.com
John Schroeter
Impinj公司公关部的高级经理
john.schroeter@impinj.com
Todd Hendrix
Artesyn公司全球市场和业务开发副总裁