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  當(dāng)今的智能 PMIC 包括可編程上電和斷電順序、外部事件檢測(cè)、對(duì)可能導(dǎo)致 PMIC 損壞的過(guò)電壓和電流條件進(jìn)行的系統(tǒng)監(jiān)控、故障處理，其中 PMIC 控制系統(tǒng)并防止斷電，以及電池容量預(yù)測(cè)和電池管理的算法實(shí)現(xiàn)，所有這些都在數(shù)字邏輯中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)最終應(yīng)用，需要激活部分或全部功能。配置允許為一系列應(yīng)用程序構(gòu)建平臺(tái) PMIC，并允許自定義功能。

  PMIC 可通過(guò)非易失性存儲(chǔ)器 (NVM) 進(jìn)行校準(zhǔn)和配置，為目標(biāo)應(yīng)用提供正確的電壓和功率序列，或?yàn)榻K端系統(tǒng)提供可配置的功能。

  一些 PMIC 在工廠進(jìn)行過(guò)一次校準(zhǔn)和配置，對(duì)于這些 PMIC 來(lái)說(shuō)，面積利用率高的一次性可編程 (OTP) NVM 是最佳選擇。當(dāng) PMIC 在其生命周期內(nèi)預(yù)期被校準(zhǔn)和重新配置多次時(shí)，可以使用多次編程 (MTP) NVM。

  BCD 硅工藝將三種不同工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合到一個(gè)芯片上：雙極用于精確模擬功能，CMOS 用于數(shù)字設(shè)計(jì)，DMOS 用于電源和高壓元件。這種技術(shù)組合為 PMIC 帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)：更高可靠性，更少電磁干擾，更小芯片面積。由于這些優(yōu)勢(shì)，大多數(shù) PMIC 制造商選擇了 BCD 工藝來(lái)制造 PMIC。

  PMIC 可以通過(guò)多種方式制造。由于其對(duì)成本頗為敏感，因此 PMIC 制造商通常選擇光罩層數(shù)量最少的制造工藝。為了幫助 PMIC 制造商，NVM IP 供應(yīng)商必須與 PMIC 制造商保持一致，并以同一流程的多個(gè)變體提供 IP。NVM 對(duì)制造工藝非常敏感，而且必須對(duì) PMIC 制造商所用的器件組合進(jìn)行硅材料合格認(rèn)證。

  圖 1：基于反熔絲的 OTP 本質(zhì)上是安全的，無(wú)法判斷該 OTP 是否已編程

  嵌入式 NVM 在 PMIC 中的作用

  PMIC 廣泛用于移動(dòng)應(yīng)用，包括智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、可聽(tīng)戴設(shè)備、筆記本電腦和平板電腦。它們還用于智能電機(jī)控制、照明控制和工業(yè)控制應(yīng)用。

  當(dāng)今的 PMIC 是智能和可配置的，并且以模塊化方式構(gòu)建。根據(jù)最終應(yīng)用和所需的電壓或功率排序，存儲(chǔ)在 NVM 中的可配置固件會(huì)針對(duì)特定應(yīng)用自定義 PMIC。當(dāng)汽車(chē)應(yīng)用中需要頻繁進(jìn)行固件更新時(shí)，可重新編程的 NVM 或 MTP NVM 是最佳選擇。然而，如果固件預(yù)期在產(chǎn)品的生命周期內(nèi)僅被編程一次，則首選 OTP NVM 形式的面積利用率更高的 IP。

  此外，NVM 還用于存儲(chǔ)輸出電壓、電流限制、上電復(fù)位延遲、上電延遲、電壓斜坡率、待機(jī)模式設(shè)置以及電源良好和無(wú)效的電源條件設(shè)置的值。

由于 PMIC 具有模擬電路，因此在工廠或現(xiàn)場(chǎng)制造后需要進(jìn)行修整和校準(zhǔn)，以使產(chǎn)品準(zhǔn)備好用于預(yù)期用途。這些設(shè)置也存儲(chǔ)在嵌入式 NVM 中。

  為什么不使用晶圓廠提供的電熔絲?

  350nm 和 250nm 等成熟工藝節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)單的電源管理 IC。它們通常是模擬的，幾乎沒(méi)有數(shù)字控制邏輯。使用晶圓廠提供的電熔絲來(lái)存儲(chǔ)模擬電路的校準(zhǔn)信息(高達(dá) 2Kb)。在小型容量和成熟工藝節(jié)點(diǎn)處，晶圓廠提供的電熔絲具有較高的面積利用率、可靠性，并能滿足其用途。隨著 PMIC 變得更加智能，引入了更多的數(shù)字控制，并且隨著它們遷移到更高級(jí)的工藝幾何尺寸，需要更大的內(nèi)存容量。

電熔絲在更大容量下不具有面積利用率高的優(yōu)勢(shì)，并且在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命中都存在再增長(zhǎng)問(wèn)題，因此不可靠。電熔絲再增長(zhǎng)源于電遷移，導(dǎo)致熔斷的熔絲重新連接，而且隨著時(shí)間的推移，會(huì)改變存儲(chǔ)的值。此外，電熔絲無(wú)法實(shí)際用于存儲(chǔ)固件，固件需要 64 – 256Kb 的容量。最后，電熔絲不提供任何安全保障，使得存儲(chǔ)在其中的信息在掃描電子顯微鏡下可見(jiàn)，并且使得這些信息容易受到黑客的攻擊。

  用于高級(jí)節(jié)點(diǎn)的 NVM

MTP 和反熔絲 OTP NVM 大約 10 年前就已廣泛投入商業(yè)生產(chǎn)，完全可靠且可擴(kuò)展。制造 NVM 器件不需要特殊的光罩或工藝步驟。它們?cè)?180nm 和 BCD 工藝中以更小的幾何形狀進(jìn)入批量生產(chǎn)。隨著 BCD 工藝的縮小，MTP 和反熔絲 OTP 已在高達(dá) 55nm 的高級(jí)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行設(shè)計(jì)。

  NVM 可靠性

在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用的惡劣環(huán)境中，可靠性是另一個(gè)關(guān)鍵要求。在高達(dá) 150°C 甚至 175°C 的高工作溫度下經(jīng)過(guò)適當(dāng)認(rèn)證，并經(jīng)過(guò)早期故障率測(cè)試后，MTP 和反熔絲 OTP NVM 在產(chǎn)品的使用壽命中表現(xiàn)出卓越的可靠性、耐久性和數(shù)據(jù)保留能力。

  NVM 安全性

  反熔絲 OTP NVM 不容易受到試圖通過(guò)改變電壓或溫度而發(fā)起的任何被動(dòng)或侵入性安全攻擊的影響。由于反熔絲 OTP NVM 按照氧化物分解原理運(yùn)行以表示編程位，因此即使借助掃描電子顯微鏡，也無(wú)法在視覺(jué)上區(qū)分編程位和未編程位。

  專(zhuān)為 PMIC 應(yīng)用設(shè)計(jì)的 MTP 和反熔絲 OTP NVM 可在所有方面提供：經(jīng)濟(jì)高效、功耗最低、優(yōu)化編程和擦除周期時(shí)間，并在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)提供快速讀取時(shí)間。

  為 PMIC 選擇 NVM 的注意事項(xiàng)

  在選擇晶圓廠進(jìn)行制造時(shí)，PMIC 設(shè)計(jì)人員首先要考慮以下因素：

  ●終端市場(chǎng)(消費(fèi)者或汽車(chē))

  ●終端市場(chǎng)的產(chǎn)品要求

  ●工藝節(jié)點(diǎn)的選擇(基于之前的分析)

  ●預(yù)計(jì)生產(chǎn)量

  ●特定時(shí)間范圍內(nèi)所需的預(yù)期晶圓

  ●晶圓廠

  為 PMIC 制造商的項(xiàng)目分配晶圓的能力和意愿滿足預(yù)期的晶圓價(jià)格。

  做出這些決定后，PMIC 制造商開(kāi)始尋找在選擇的晶圓廠和工藝節(jié)點(diǎn)中可用且合格的 NVM IP。

  選擇 NVM IP 的 4 個(gè)最重要的考慮因素是：

  ●產(chǎn)能情況

  ●隨著最近全球?qū)τ糜?/span> PMIC 的晶圓的需求激增，晶圓廠的產(chǎn)能緊張，PMIC 設(shè)計(jì)公司正在努力尋找一家半導(dǎo)體制造供應(yīng)商，該供應(yīng)商能夠以合理的價(jià)格及時(shí)提供晶圓分配，以滿足產(chǎn)品增長(zhǎng)預(yù)測(cè)。

  ●總擁有成本

  ●總擁有成本是 IP 采購(gòu)成本、硅成本以及 NVM 編程成本的總和。

  ●安全性

  ●存儲(chǔ)關(guān)鍵電壓和電流值、電源序列以及潛在固件代碼的 NVM 必須安全可靠，才可確保系統(tǒng)的安全性。

  ●可靠性和耐久性

●針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用的 NVM 必須根據(jù)晶圓廠提供的汽車(chē)物理設(shè)計(jì)套件 (PDK) 來(lái)予以設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并遵守嚴(yán)格的汽車(chē)設(shè)計(jì)指南。

  適用于 PMIC 應(yīng)用的 DesignWare NVM IP

  DesignWare® MTP NVM IP 和 DesignWare OTP NVM IP 可在標(biāo)準(zhǔn) CMOS 和 BCD 工藝中提供可擴(kuò)展且可靠的嵌入式內(nèi)存 NVM 解決方案，而無(wú)需額外的工藝或光罩步驟。專(zhuān)利技術(shù)提供較小的硅封裝，并優(yōu)化編程和讀取訪問(wèn)時(shí)間。反熔絲 OTP NVM 內(nèi)置的安全功能可防止主動(dòng)和被動(dòng)攻擊、篡改、黑客攻擊和反向工程。

  可定制的宏，使在需要安全地存儲(chǔ)修調(diào)、校準(zhǔn)和配置信息的 PMIC 應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性。

  DesignWare MTP NVM IP 和 DesignWare NVM OTP NVM IP 符合汽車(chē) AEC-Q100 0 級(jí)和 1 級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)，可加快 SoC 級(jí)開(kāi)發(fā)，即使在嚴(yán)苛的汽車(chē)制造環(huán)境中也不例外。它們?cè)诙鄠€(gè)代工廠和工藝節(jié)點(diǎn)之間可用。

  Synopsys 的 MTP 和反熔絲 OTP NVM IP 已被廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)，包括消費(fèi)和汽車(chē)應(yīng)用中最先進(jìn)的 PMIC。

  所有系統(tǒng)都需要精心向組件提供電壓和電流，以實(shí)現(xiàn)可靠和可預(yù)測(cè)的功能。PMIC 提供精心控制的電壓和電流，以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)、汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用的正常運(yùn)行。PMIC 是模擬量豐富的設(shè)計(jì)，需要校準(zhǔn)來(lái)補(bǔ)償和校正半導(dǎo)體制造的變化。較新的 PMIC 包含越來(lái)越多的數(shù)字邏輯，允許針對(duì)多個(gè)終端應(yīng)用進(jìn)行定制和配置。OTP 或 MTP NVM 是存儲(chǔ)校準(zhǔn)和配置信息的理想選擇。

  Synopsys DesignWare NVM IP 在標(biāo)準(zhǔn) CMOS 和 BCD 工藝技術(shù)中提供 OTP 和 MTP NVM，無(wú)需額外的光罩或工藝步驟。Synopsys 的 MTP 和反熔絲 OTP NVM IP 具有較小的硅片尺寸，其內(nèi)置的安全功能可防止主動(dòng)和被動(dòng)攻擊、篡改、黑客攻擊和逆向工程。它們已被廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)，涵蓋消費(fèi)和汽車(chē)應(yīng)用中高度發(fā)達(dá)的 PMIC。