En tant que cœur des équipements électroniques, les PMIC sont largement utilisés dans divers domaines tels que les téléphones mobiles, l'électronique grand public, le contrôle industriel, les instruments médicaux et l'électronique automobile. Cet article présente la définition, la fonction, le principe, la classification et le paysage commercial des PMIC.
Qu'est-ce qu'un PMIC ?
PMIC signifie « Power Management Integrated Circuit » (circuit intégré de gestion de l'alimentation). Dans le système de circuits, les tensions de fonctionnement de chaque puce et dispositif sont différentes. Le PMIC augmente, réduit et stabilise la tension fixe fournie par la batterie ou l'alimentation électrique afin de répondre aux conditions de fonctionnement de chaque dispositif. Si la puce principale est le « cerveau » du système de circuits, alors le PMIC peut être comparé au « cœur » du système de circuits.
Le PMIC est chargé de surveiller les tensions (ou courants) d'alimentation du système à microprocesseur afin de s'assurer qu'elles ne sont ni trop élevées ni trop basses. En général, la plupart des PMIC peuvent être réinitialisés à l'aide d'un signal actif haut, actif bas ou actif haut/actif bas.
Fonctions du PMIC
Le PMIC contient généralement diverses fonctions. Ces fonctions comprennent : convertisseur CC-CC, régulateur à faible chute de tension (LDO), chargeur de batterie, sélection de l'alimentation électrique, réglage dynamique de la tension, contrôle de la séquence de mise en marche et d'arrêt de chaque alimentation électrique, détection de la tension de chaque alimentation électrique, détection de la température et d'autres fonctions. Il intègre également des circuits de protection contre les surtensions/sous-tensions (OVP/UVP), les surchauffes (OTP), les surintensités (OCP) et autres.
Le PMIC fournit des solutions de gestion de l'alimentation hautement intégrées dans le contrôle des systèmes, la gestion des batteries, les interfaces, l'audio et d'autres applications spécifiques. Il contribue également à prolonger la durée de vie des batteries et à réduire la consommation d'énergie inutile dans diverses applications finales.
Taille du PMIC
Comparé à d'autres types de circuits intégrés, le PMIC est un segment relativement mature et stable. À l'heure actuelle, la plupart des PMIC sont fabriqués à partir d'un processus mature de 8 pouces et 0,18-0,11 micron. Face à la pénurie de puces PMIC, de nombreuses entreprises commencent à envisager de passer à des PMIC de 12 pouces.
Matthew Tyler, directeur principal de la stratégie et du marketing de la division Solutions avancées d'ON Semiconductor, a déclaré que le principal défi pour résoudre la pénurie de PMIC est la nécessité d'investir des capitaux pour augmenter la production et construire de nouvelles usines. Matthew Tyler a déclaré : « D'un point de vue macroéconomique, la capacité de production des plaquettes de 200 mm (8 pouces) a été sursouscrite ces dernières années, et certains fabricants ont migré ou sont en train de migrer leurs lignes de production vers des plaquettes de 300 mm (12 pouces), ce qui devrait contribuer à atténuer la pénurie. »
Passer de 8 pouces à 12 pouces n'est pas chose facile. D'une part, les fabricants de PMIC doivent surmonter des problèmes de conception de circuits, tels que l'ouverture de broches compatibles avec les paramètres électriques ; d'autre part, pour les petites et moyennes entreprises de conception de circuits intégrés, le passage à 12 pouces entraîne un coût trop élevé pour la ligne de production, et l'augmentation de la capacité de production unitaire ne peut compenser le coût du redéveloppement, de la vérification et de la mise en production.
Par conséquent, à l'heure actuelle, les grands fabricants restent les principaux acteurs de la conversion vers les lignes de production 12 pouces. Des fonderies telles que TSMC, TowerJazz et UMC ont commencé à utiliser des processus 12 pouces pour les PMIC. Après être passés au processus 12 pouces, les principaux clients tels que Qualcomm, Apple et MediaTek ont progressivement abandonné la capacité de production 8 pouces qu'ils avaient acquise auparavant. Parmi les usines IDM, TI et ON Semiconductor sont les plus actives dans la conversion au 12 pouces.
Types de PMIC
Le PMIC est principalement utilisé pour gérer les équipements électriques dans le système hôte et est couramment utilisé dans les téléphones mobiles et divers terminaux mobiles. Le PMIC se divise grossièrement en 8 types :
- Circuit intégré de modulation CA/CC : contient un circuit de commande basse tension et un transistor de commutation haute tension ;
- Circuit intégré de modulation CC/CC : comprend des convertisseurs élévateurs/abaisseurs CC, ainsi que des pompes de charge ;
- Circuit intégré de correction du facteur de puissance PFC : fournit au circuit d'entrée d'alimentation une fonction de correction du facteur de puissance ;
- Circuit intégré de commande de modulation d'impulsions PWM / PFM ou de modulation d'amplitude d'impulsions : il s'agit d'une alimentation à découpage ;
- Circuit intégré de modulation linéaire (tel que le régulateur linéaire à faible chute de tension LDO) : comprend des régulateurs positifs et négatifs, ainsi que des tubes de modulation LDO à faible chute de tension ;
- Comprend des circuits intégrés de charge, de protection et d'affichage de la puissance de la batterie, ainsi que des circuits intégrés de batterie « intelligents » capables de communiquer les données de la batterie ;
- Circuit intégré de contrôle de carte remplaçable à chaud : élimine l'impact du branchement et du débranchement du système en fonctionnement sur les autres interfaces ;
- Circuit intégré de fonction de commutation pour MOSFET ou IGBT.
Cadre et principe de fonctionnement du PMIC
Le schéma fonctionnel d'un PMIC simple est le suivant :
- La sortie de chaque tension de la puce PMIC peut être personnalisée via une EEPROM externe. En l'absence d'EEPROM, utilisez la configuration par défaut.
- Le PMIC a besoin d'un signal d'activation externe pour commencer à fonctionner.
- Le PMIC prend en charge plusieurs modes de fonctionnement : BACKUP, ACTIVE, STANDBY.
Les PMIC MAX77650 et MAX77651 de Maxim intègrent un régulateur à faible chute de tension (LDO) de 150 mA, qui assure la suppression des ondulations pour les applications sensibles au bruit. De plus, le contrôleur du schéma de contrôle SIMO garantit que toutes les sorties sont traitées en temps opportun. Son schéma fonctionnel est le suivant :
Paysage du marché des PMIC
Échelle du marché
Texas Instruments (TI) domine le marché des PMIC. Qualcomm occupe la deuxième place, avec une part de marché supérieure à 15 % ; ADI arrive en troisième position, avec plus de 40 000 produits connexes.
La taille du marché mondial des PMIC a continué de croître ces dernières années, atteignant 146,942 milliards de yuans en 2021. Selon Burgess Consulting, elle atteindra 201,031 milliards de yuans d'ici 2027.
Parmi ceux-ci, la région Asie-Pacifique, dominée par la Chine continentale, sera le marché régional qui connaîtra la plus forte croissance à l'avenir. La taille du marché chinois des PMIC a atteint environ 36,736 milliards de yuans en 2021, soit environ 23 % du marché mondial.
Dans le passé, le marché chinois était dominé par des fabricants taïwanais tels que Richtek, GMT, Novatek et des géants européens et américains des puces analogiques tels que TI. Dans le classement 2021 du marché chinois des puces PMIC pour la gestion de l'alimentation des usines de panneaux, les fabricants taïwanais représentent plus de 70 %, occupant la grande majorité des parts de marché.
Historique des acquisitions
Au cours des dernières années, plusieurs fabricants de puces PMIC ont conclu des accords de fusion, d'acquisition ou de coopération.
En 2019, China Yachuang Electronics a acquis les droits de brevet liés aux PMIC de la société sud-coréenne Tamul, ce qui lui a permis de développer une activité dans le domaine des puces de gestion de l'alimentation pour l'automobile. À l'heure actuelle, divers produits de puces PMIC développés et conçus de manière indépendante par Yachuang Electronics ont obtenu les certifications AEC-Q100 et autres certifications réglementaires automobiles, et ont été appliqués en série sur des modèles connexes de constructeurs automobiles de renommée mondiale tels que Hyundai Motor et Chrysler.
En juillet 2020, le fabricant de circuits intégrés analogiques Analog Devices (ADI) a racheté Maxim pour 20,9 milliards de dollars américains dans le cadre d'une transaction entièrement en actions. Les deux sociétés sont des concurrents de premier plan dans le domaine des puces de gestion de l'alimentation, et la valeur marchande totale de la société fusionnée devrait dépasser 68 milliards de dollars américains.
En acquérant Maxim, ADI peut renforcer sa compétitivité dans les domaines de l'automobile, du contrôle industriel et autres. En particulier, la longue expérience de Maxim dans le domaine des circuits intégrés de gestion de l'alimentation peut également aider ADI à améliorer sa gamme de produits électroniques grand public et à augmenter la part de marché des puces de gestion de l'alimentation d'Analog Devices.
Fin 2021, MediaTek a annoncé qu'elle dépenserait 85 millions de dollars américains (environ 558 millions de yuans) pour acquérir les actifs liés à la gamme de puces de gestion de l'énergie Enpirion du géant des processeurs Intel (Intel) par l'intermédiaire de sa filiale Richtek Technology.
Tendances de la demande
Dans le passé, les appareils électroniques grand public tels que les smartphones constituaient un domaine d'application important pour les puces de gestion de l'alimentation. Un téléphone mobile nécessitait 1 à 2 puces de gestion de l'alimentation, et un téléphone mobile 5G en nécessitait 3 à 10.
Au quatrième trimestre 2022, la faiblesse du côté des consommateurs entraînera une baisse continue des prix des PMIC. Les agences de données prévoient qu'au quatrième trimestre, en raison de la faiblesse persistante de la demande en produits électroniques grand public et de la pression accrue sur les stocks de divers fournisseurs, les prix des PMIC pourraient encore baisser au quatrième trimestre, d'environ 4 à 9 %.
Dans le domaine automobile, les PMIC ont connu un nouveau tournant. Après la vague d'électrification des véhicules, la demande globale de PMIC a connu une croissance explosive. Selon les données précédemment publiées par STMicroelectronics, par rapport aux voitures traditionnelles, le nombre de puces de gestion de l'alimentation nécessaires pour un véhicule à énergie nouvelle a augmenté de près de 20 %, atteignant 50.
