Come cuore delle apparecchiature elettroniche, PMIC è stato ampiamente utilizzato nelle apparecchiature elettroniche in vari campi come telefoni cellulari, elettronica di consumo, controllo industriale, strumenti medici ed elettronica automobilistica. Questo articolo introdurrà la definizione, la funzione, il principio, la classificazione e il panorama del mercato di PMIC.
Cos'è un PMIC?
PMIC sta per Power Management Integrated Circuit. Nel sistema di circuiti, le tensioni di lavoro di ciascun chip e dispositivo sono diverse. PMIC aumenta, riduce e stabilizza la tensione fissa fornita dalla batteria o dall’alimentatore per soddisfare le condizioni di lavoro di ciascun dispositivo. Se il chip principale è il “cervello” del sistema di circuiti, allora il PMIC può essere paragonato al “cuore” del sistema di circuiti.
Il PMIC è responsabile del monitoraggio delle tensioni di alimentazione (o correnti) sul sistema del microprocessore per garantire che non siano troppo alte o troppo basse. Tipicamente, la maggior parte dei PMIC può essere ripristinata con un segnale attivo-alto, attivo-basso o attivo-alto/attivo-basso.
Funzioni di PMIC
PMIC contiene generalmente una varietà di funzioni. Queste funzioni includono: convertitore DC-DC, regolatore a caduta di tensione ridotta (LDO), caricabatterie, selezione dell’alimentazione, regolazione dinamica della tensione, controllo della sequenza di accensione e spegnimento di ciascun alimentatore, rilevamento della tensione di ciascun alimentatore, rilevamento della temperatura e altre funzioni integrano anche sovratensione/sottotensione (OVP/UVP), sovratemperatura (OTP), sovracorrente (OCP) e altri circuiti di protezione.
PMIC fornisce soluzioni di gestione dell’alimentazione altamente integrate nel controllo del sistema, nella gestione della batteria, nell’interfaccia, nell’audio e in altre applicazioni specifiche. Aiuta anche a prolungare la durata della batteria e a ridurre gli sprechi di energia in varie applicazioni finali.
Dimensioni PMIC
Rispetto ad altri tipi di circuiti integrati, PMIC è un segmento relativamente maturo e stabile. Attualmente, la maggior parte dei PMIC sono prodotti sulla base del processo maturo da 8 pollici 0,18-0,11 micron. In mezzo alla carenza di chip PMIC, molte aziende stanno iniziando a prendere in considerazione il passaggio a PMIC da 12 pollici.
Matthew Tyler, senior director of strategy and marketing della divisione Advanced Solutions di ON Semiconductor, ha affermato che la sfida chiave per risolvere la carenza di PMIC è la necessità di investire capitali per espandere la produzione e costruire nuove fabbriche. Matthew Tyler ha detto: “Da una prospettiva macroeconomica, la capacità di produzione di wafer da 200 mm (8 pollici) è stata sovrascritta negli ultimi anni e alcuni produttori hanno o stanno migrando le linee di produzione a wafer da 300 mm (12 pollici), il che si ritiene possa contribuire ad alleviare la situazione di offerta ristretta.”
Il passaggio da 8 pollici a 12 pollici non è facile. Da un lato, i produttori di PMIC devono superare i problemi di progettazione del circuito, come l’apertura di pin che possono essere compatibili con i parametri elettrici; d’altra parte, per le case di progettazione di circuiti integrati di piccole e medie dimensioni, il passaggio a 12 pollici Il costo della linea di produzione è troppo alto e l’aumento della capacità di produzione unitaria non può compensare il costo di riprogettazione, verifica e tape-out.
Pertanto, al momento, coloro che convertono attivamente alle linee di produzione da 12 pollici sono ancora dominati dai grandi produttori. Le fonderie come TSMC, TowerJazz e UMC hanno iniziato a utilizzare processi da 12 pollici per i PMIC. Dopo essere entrati nel processo da 12 pollici, i principali clienti come Qualcomm, Apple e MediaTek hanno gradualmente rinunciato alla capacità di produzione da 8 pollici precedentemente ottenuta. Tra le fabbriche IDM, TI e ON Semiconductor sono le più attive nella conversione a 12 pollici.
Tipi di PMIC
PMIC è utilizzato principalmente per gestire le apparecchiature di alimentazione nel sistema host ed è comunemente utilizzato nei telefoni cellulari e in vari dispositivi terminali mobili. PMIC è approssimativamente suddiviso in 8 tipi:
- IC di modulazione AC/DC: contiene un circuito di controllo a bassa tensione e un transistor di commutazione ad alta tensione;
- IC di modulazione DC/DC: inclusi convertitori DC boost/buck, nonché pompe di carica;
- IC di correzione del fattore di potenza PFC: fornisce al circuito di ingresso dell’alimentazione una funzione di correzione del fattore di potenza;
- IC di controllo a modulazione di impulsi PWM / PFM o a modulazione di ampiezza di impulsi: è un alimentatore a commutazione;
- IC di modulazione lineare (come il regolatore lineare a bassa caduta LDO): inclusi regolatori positivi e negativi e tubi di modulazione LDO a bassa caduta;
- Inclusi IC di ricarica, protezione e visualizzazione dell’alimentazione della batteria, nonché IC di batteria “intelligenti” in grado di comunicare i dati della batteria;
- IC di controllo della scheda hot-swappable: elimina l’impatto del collegamento e dello scollegamento dal sistema di lavoro su altre interfacce;
- IC di commutazione per MOSFET o IGBT.
Struttura e Principio di Funzionamento di PMIC
Lo schema di un semplice PMIC è il seguente:
- L’uscita di ogni tensione del chip PMIC può essere personalizzata tramite una EEPROM esterna. Se non è presente una EEPROM, utilizzare la configurazione predefinita;
- PMIC necessita di un segnale di abilitazione esterno per iniziare a funzionare.
- PMIC supporta più modalità di lavoro: BACKUP, ACTIVE, STANDBY
I PMIC MAX77650 e MAX77651 di Maxim integrano un regolatore a bassa caduta (LDO) da 150 mA, che fornisce la soppressione del ripple per applicazioni sensibili al rumore. Inoltre, il controller nello schema di controllo SIMO garantisce che tutte le uscite vengano elaborate tempestivamente. Il suo diagramma a blocchi funzionale è il seguente:
Panorama del Mercato di PMIC
Scala del Mercato
Texas Instruments (TI) domina la quota di mercato dei PMIC. Qualcomm si classifica al secondo posto, con una quota di mercato superiore al 15%; ADI si classifica al terzo posto, con più di 40.000 prodotti correlati.
La dimensione del mercato globale dei PMIC ha continuato a crescere negli ultimi anni, raggiungendo 146,942 miliardi di yuan nel 2021. Secondo Burgess Consulting, raggiungerà 201,031 miliardi di yuan entro il 2027.
Tra questi, la regione Asia-Pacifico, dominata dalla Cina continentale, sarà il mercato regionale con la crescita maggiore in futuro. La dimensione del mercato cinese dei PMIC ha raggiunto circa 36,736 miliardi di yuan nel 2021, rappresentando circa il 23% del mercato globale.
In passato, il mercato cinese è stato dominato da produttori taiwanesi come Richtek, GMT, Novatek e giganti dei chip analogici europei e americani come TI. Nella classifica del 2021 del mercato cinese dei chip di gestione dell’alimentazione per fabbriche di pannelli PMIC, i produttori di Taiwan rappresentano più del 70%, occupando la maggior parte della quota di mercato.
Cronologia delle Acquisizioni
Negli ultimi anni, diverse aziende di chip PMIC hanno raggiunto fusioni, acquisizioni o accordi di cooperazione.
Nel 2019, China Yachuang Electronics ha acquisito i diritti di brevetto relativi al PMIC della sudcoreana Tamul, consentendole di sviluppare un’attività di chip di gestione dell’alimentazione di grado automobilistico. Attualmente, una varietà di prodotti di chip PMIC sviluppati e progettati in modo indipendente da Yachuang Electronics hanno superato le certificazioni normative automobilistiche AEC-Q100 e sono stati applicati in lotti su modelli correlati di rinomate case automobilistiche mondiali come Hyundai Motor e Chrysler.
Nel luglio 2020, il produttore di circuiti integrati analogici Analog Devices (ADI) ha acquisito Maxim per 20,9 miliardi di dollari in un accordo interamente in azioni. Le due società sono concorrenti di primo piano nel campo dei chip di gestione dell’alimentazione e si prevede che il valore di mercato combinato della società superi i 68 miliardi di dollari.
Acquisendo Maxim, ADI può rafforzare la sua competitività nei settori automobilistico, controllo industriale e altri. In particolare, il profondo accumulo di Maxim nel campo degli IC di gestione dell’alimentazione può anche aiutare ADI a migliorare la sua linea di prodotti di elettronica di consumo e ad aumentare la quota di mercato dei chip di gestione dell’alimentazione di Analog Devices.
Alla fine del 2021, MediaTek ha annunciato che avrebbe speso 85 milioni di dollari (circa 558 milioni di RMB) per acquisire attività relative alla linea di prodotti di chip di gestione dell’alimentazione Enpirion del principale produttore di processori Intel (Intel) attraverso la sua sussidiaria Richtek Technology.
Tendenze della domanda
In passato, l’elettronica di consumo come gli smartphone era un’importante area di applicazione per i chip di gestione dell’alimentazione. Un telefono cellulare richiedeva 1-2 chip di gestione dell’alimentazione e un telefono cellulare 5G richiedeva 3-10 chip di gestione dell’alimentazione.
Nel quarto trimestre del 2022, la debolezza sul lato del consumatore porterà a un continuo calo dei prezzi dei PMIC. Le agenzie di dati prevedono che nel quarto trimestre, a causa della continua debolezza della domanda di elettronica di consumo e dell’aumento della pressione sull’inventario da parte di vari fornitori, i prezzi dei PMIC potrebbero diminuire ulteriormente nel quarto trimestre, di circa il 4-9%.
Nel settore automobilistico, il PMIC ha inaugurato un altro punto di svolta. Dopo l’ondata di elettrificazione dei veicoli, la domanda complessiva di PMIC ha mostrato una crescita esplosiva. Secondo i dati precedentemente pubblicati da STMicroelectronics, rispetto alle auto tradizionali, il numero di chip di gestione dell’alimentazione richiesti per un veicolo a nuova energia è aumentato di quasi il 20%, raggiungendo 50.
