Als Herzstück elektronischer Geräte findet PMIC breite Anwendung in elektronischen Geräten verschiedener Bereiche, darunter Mobiltelefone, Unterhaltungselektronik, industrielle Steuerungen, medizinische Instrumente und Automobilelektronik. Dieser Artikel stellt die Definition, Funktion, Funktionsweise, Klassifizierung und Marktlandschaft von PMIC vor.
Was ist ein PMIC?
PMIC steht für Power Management Integrated Circuit (integrierter Schaltkreis für die Energieverwaltung). In einem Schaltkreissystem unterscheiden sich die Betriebsspannungen der einzelnen Chips und Geräte. Der PMIC erhöht, senkt und stabilisiert die vom Akku oder Netzteil gelieferte feste Spannung, um sie an die Betriebsbedingungen der einzelnen Geräte anzupassen. Wenn der Hauptchip das „Gehirn” des Schaltkreissystems ist, dann kann der PMIC mit dem „Herzen” des Schaltkreissystems verglichen werden.
Der PMIC ist für die Überwachung der Versorgungsspannungen (oder -ströme) im Mikroprozessorsystem verantwortlich, um sicherzustellen, dass diese nicht zu hoch oder zu niedrig werden. In der Regel können die meisten PMICs mit einem aktiven High-, aktiven Low- oder aktiven High/aktiven Low-Signal zurückgesetzt werden.
Funktionen des PMIC
PMIC enthält in der Regel eine Vielzahl von Funktionen. Zu diesen Funktionen gehören: DC-DC-Wandler, Low-Dropout-Regler (LDO), Batterieladegerät, Auswahl der Stromversorgung, dynamische Spannungsanpassung, Steuerung der Ein- und Ausschaltsequenz jeder Stromversorgung, Erkennung der Spannung jeder Stromversorgung, Temperaturerkennung und andere Funktionen sowie integrierte Über-/Unterspannungs- (OVP/UVP), Übertemperatur- (OTP) und Überstromschutzschaltungen (OCP).
PMIC bietet hochintegrierte Energiemanagementlösungen für Systemsteuerung, Batteriemanagement, Schnittstellen, Audio und andere spezifische Anwendungen. Außerdem trägt es dazu bei, die Batterielebensdauer zu verlängern und den Stromverbrauch in verschiedenen Endanwendungen zu reduzieren.
PMIC-Größe
Im Vergleich zu anderen Arten von integrierten Schaltkreisen ist PMIC ein relativ ausgereiftes und stabiles Segment. Derzeit werden die meisten PMICs auf Basis des ausgereiften 8-Zoll-0,18-0,11-Mikron-Prozesses hergestellt. Angesichts der Knappheit an PMIC-Chips erwägen viele Unternehmen nun den Umstieg auf 12-Zoll-PMICs.
Matthew Tyler, Senior Director of Strategy and Marketing der Advanced Solutions Division von ON Semiconductor, sagte, dass die größte Herausforderung bei der Lösung des PMIC-Engpasses die Notwendigkeit sei, Kapital zu investieren, um die Produktion zu erweitern und neue Fabriken zu bauen. Matthew Tyler sagte: „Aus makroökonomischer Sicht war die Produktionskapazität für 200-mm-Wafer (8 Zoll) in den letzten Jahren überzeichnet, und einige Hersteller haben ihre Produktionslinien auf 300-mm-Wafer (12 Zoll) umgestellt oder sind dabei, dies zu tun, was vermutlich dazu beitragen wird, die angespannte Versorgungslage zu entschärfen.“
Der Umstieg von 8 auf 12 Zoll ist nicht einfach. Einerseits müssen PMIC-Hersteller Probleme beim Schaltungsdesign überwinden, wie z. B. die Öffnung von Pins, die mit elektrischen Parametern kompatibel sind. Andererseits sind für kleine und mittlere IC-Designhäuser die Kosten für die Umstellung auf 12-Zoll-Produktionslinien zu hoch, und die Steigerung der Produktionskapazität pro Einheit kann die Kosten für die Neuentwicklung, Verifizierung und Tape-out nicht ausgleichen.
Daher sind es derzeit noch immer vor allem große Hersteller, die aktiv auf 12-Zoll-Produktionslinien umstellen. Foundries wie TSMC, TowerJazz und UMC haben begonnen, 12-Zoll-Prozesse für PMICs zu verwenden. Nach der Umstellung auf den 12-Zoll-Prozess haben wichtige Kunden wie Qualcomm, Apple und MediaTek nach und nach die zuvor erworbenen 8-Zoll-Produktionskapazitäten aufgegeben. Unter den IDM-Fabriken sind TI und ON Semiconductor am aktivsten bei der Umstellung auf 12 Zoll.
Arten von PMIC
PMIC wird hauptsächlich zur Verwaltung von Stromversorgungsgeräten im Host-System verwendet und kommt häufig in Mobiltelefonen und verschiedenen mobilen Endgeräten zum Einsatz. PMIC lässt sich grob in die folgenden 8 Typen unterteilen:
- AC/DC-Modulations-IC: Enthält eine Niederspannungs-Steuerschaltung und einen Hochspannungs-Schalttransistor.
- DC/DC-Modulations-IC: Enthält DC-Boost-/Buck-Wandler sowie Ladungspumpen;
- PFC-Leistungsfaktorkorrektur-IC: Bietet eine Leistungs-Eingangsschaltung mit Leistungsfaktorkorrekturfunktion;
- PWM-/PFM-Pulsmodulations- oder Pulsamplitudenmodulations-Steuerungs-IC: Hierbei handelt es sich um ein Schaltnetzteil.
- Linearer Modulations-IC (z. B. linearer Low-Dropout-Regler LDO): Enthält positive und negative Regler sowie Low-Dropout-LDO-Modulationsröhren.
- Einschließlich ICs für das Laden, den Schutz und die Leistungsanzeige von Batterien sowie „intelligente” Batterie-ICs, die Batteriedaten übertragen können;
- Hot-Swap-fähiger Board-Steuerungs-IC: Eliminiert die Auswirkungen des Ein- und Aussteckens aus dem laufenden System auf andere Schnittstellen;
- Schaltfunktions-IC für MOSFET oder IGBT.
Rahmenbedingungen und Funktionsweise von PMIC
Das schematische Diagramm eines einfachen PMIC sieht wie folgt aus:
- Die Ausgabe jeder Spannung des PMIC-Chips kann über einen externen EEPROM angepasst werden. Wenn kein EEPROM vorhanden ist, verwenden Sie die Standardkonfiguration.
- Der PMIC benötigt ein externes Aktivierungssignal, um zu funktionieren.
- Der PMIC unterstützt mehrere Betriebsmodi: BACKUP, ACTIVE, STANDBY.
Die PMICs MAX77650 und MAX77651 von Maxim integrieren einen 150-mA-Low-Dropout-Regler (LDO), der eine Ripple-Unterdrückung für rauschempfindliche Anwendungen bietet. Darüber hinaus sorgt der Controller im SIMO-Steuerungsschema dafür, dass alle Ausgänge zeitnah verarbeitet werden. Das Funktionsblockdiagramm sieht wie folgt aus:
Marktlandschaft von PMIC
Marktgröße
Texas Instruments (TI) dominiert den PMIC-Marktanteil. Qualcomm liegt mit einem Marktanteil von mehr als 15 % an zweiter Stelle, ADI mit mehr als 40.000 verwandten Produkten an dritter Stelle.
Der weltweite PMIC-Markt ist in den letzten Jahren weiter gewachsen und erreichte 2021 einen Wert von 146,942 Milliarden Yuan. Laut Burgess Consulting wird er bis 2027 einen Wert von 201,031 Milliarden Yuan erreichen.
Unter ihnen wird die Region Asien-Pazifik, die von Festlandchina dominiert wird, in Zukunft der regionale Markt mit dem größten Wachstum sein. Die Größe des chinesischen PMIC-Marktes hat im Jahr 2021 etwa 36,736 Milliarden Yuan erreicht, was etwa 23 % des globalen Marktes entspricht.
In der Vergangenheit wurde der chinesische Markt von taiwanesischen Herstellern wie Richtek, GMT, Novatek und europäischen und amerikanischen Analogchip-Giganten wie TI dominiert. Im Ranking des chinesischen Marktes für Power Management Chips (PMIC) für Panel-Fabriken im Jahr 2021 machen Hersteller aus Taiwan mehr als 70 % aus und nehmen damit den größten Teil des Marktanteils ein.
Erwerbsgeschichte
In den letzten Jahren haben mehrere PMIC-Chip-Unternehmen Fusionen, Übernahmen oder Kooperationsvereinbarungen geschlossen.
Im Jahr 2019 erwarb China Yachuang Electronics die PMIC-bezogenen Geschäftspatentrechte des südkoreanischen Unternehmens Tamul, wodurch es in die Lage versetzt wurde, ein Geschäft mit Power-Management-Chips für den Automobilbereich aufzubauen. Derzeit haben eine Vielzahl von PMIC-Chip-Produkten, die von Yachuang Electronics unabhängig entwickelt und entworfen wurden, die AEC-Q100- und andere Automobil-Zulassungszertifizierungen bestanden und werden in Serienfertigung in entsprechenden Modellen weltbekannter Automobilhersteller wie Hyundai Motor und Chrysler eingesetzt.
Im Juli 2020 übernahm der Analog-IC-Hersteller Analog Devices (ADI) Maxim für 20,9 Milliarden US-Dollar in einer reinen Aktientransaktion. Die beiden Unternehmen sind führende Wettbewerber im Bereich der Power-Management-Chips, und der Gesamtmarktwert des fusionierten Unternehmens wird voraussichtlich 68 Milliarden US-Dollar übersteigen.
Durch die Übernahme von Maxim kann ADI seine Wettbewerbsfähigkeit in den Bereichen Automobil, industrielle Steuerung und anderen Bereichen stärken. Insbesondere die umfassende Erfahrung von Maxim im Bereich der Power-Management-ICs kann ADI auch dabei helfen, seine Produktpalette im Bereich der Unterhaltungselektronik zu verbessern und den Marktanteil von Analog Devices bei Power-Management-Chips zu erhöhen.
Ende 2021 gab MediaTek bekannt, dass es 85 Millionen US-Dollar (ca. 558 Millionen RMB) für den Erwerb von Vermögenswerten im Zusammenhang mit der Enpirion-Produktlinie für Energiemanagement-Chips des Prozessorherstellers Intel (Intel) über seine Tochtergesellschaft Richtek Technology ausgeben werde.
Nachfragetrends
In der Vergangenheit waren Unterhaltungselektronikgeräte wie Smartphones ein wichtiger Anwendungsbereich für Power-Management-Chips. Ein Mobiltelefon benötigte 1–2 Power-Management-Chips, ein 5G-Mobiltelefon 3–10 Power-Management-Chips.
Im vierten Quartal 2022 wird die Schwäche auf der Verbraucherseite zu einem weiteren Rückgang der PMIC-Preise führen. Datenagenturen sagen voraus, dass die PMIC-Preise im vierten Quartal aufgrund der anhaltend schwachen Nachfrage nach Unterhaltungselektronik und des erhöhten Lagerdrucks auf verschiedene Lieferanten um etwa 4 bis 9 % weiter sinken könnten.
Im Automobilbereich hat PMIC eine weitere Wende eingeläutet. Nach der Welle der Elektrifizierung von Fahrzeugen verzeichnete die Gesamtnachfrage nach PMIC ein explosives Wachstum. Nach zuvor von STMicroelectronics veröffentlichten Daten ist die Anzahl der für ein Fahrzeug mit alternativem Antrieb erforderlichen Power-Management-Chips im Vergleich zu herkömmlichen Autos um fast 20 % auf 50 gestiegen.
