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RICOH ELECTRONIC DEVICES CO., LTD.

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特色产品

一系列种神奇的产品,超低功耗,专为物联网(IOT)设计…

2018年7月13日

IoT image

物联网是杂志经常讨论的话题,毫无疑问,未来几年这个市场将会显著增长。参考下表,到2025年,预计这个市场的规模将是2018年的三倍多。
iot trend

对于许多半导体制造商来说,拥有750亿个连接设备是一个非常有吸引力的机会。首批推出的物联网设备主要是使用为智能手机或平板电脑开发的标准半导体芯片。而手机或平板电脑这些设备都有2000或3000mAh的电池,甚至更大,目前这些标准半导体的耗电量足以满足这些应用。但是对于像智能手表、健康追踪器、可充电助听器、自动药物注射笔、无线传感器网络、智能尺,阅读器等小型设备的半导体芯片又如何呢?这些应用程序需要低得多的当前消费电流,所以他们的电池要小得多,但是即使电池较小,也需要持续至少超过一天的使用时间。所以半导体设计人员开始考虑开发下一代产品,低功耗成为这些产品的关键特性之一。

sleep mode
物联网设备的另一个特点是,它们主要是在睡眠模式下运行,并定期醒来执行一项任务,传输一些数据,然后再回到睡眠模式。所以实际上睡眠模式是主导的操作模式,减少这种模式下的消耗是整个产品省电并能较长时间运行的关键。

 

理光微电子株式会社是一家半导体制造企业,拥有30多年的历史,拥有丰富的开发低功耗,小封装产品的经验。在这篇文章中,介绍了一些针对物联网市场的新产品,如LDO稳压器,DCDC转换器,甚至是能源收集器等产品。让我们来看看具体的电气规格,目前看来这些规格很不可思议,但在将来可能会变得很普遍。静态电流被减少至几乎为零,大大增加了设备的单次充电的使用时间,并降低了电池的维护成本。

RP118 三模式 LDO 稳压器

尽管降压 DCDC转换器现在非常流行,但LDO稳压器仍然具有一些吸引人的特性,而且它们在电路中很容易实现。有些市面上的LDO的静态电流做到了1µA或更低,但只具备普通的瞬态响应速度。当负载瞬间变化时,输出电压通常有一个尖峰会出现。

RP118 LDO稳压器,无负载的情况下其静止电流只有0.2µA,能极大延长电池的单次充电使用时间。它是一种特殊的LDO稳压器,有三种不同的工作模式:

  1. 高速瞬态响应模式(On-Mode),提供了增强的动态性能。
  2. 低功耗模式(Sleep Mode),尽可能节省电池。
  3. 关断模式(Off-Mode),将当前消耗减至最低。

RP118
LDO在低功耗和快速瞬态响应模式之间自动切换,运行模式与应用程序的输出电流需求有关。例如,当输出电流超过1mA时,LDO将从模式1切换到模式2,反之亦然。
快速瞬态响应模式增强了RP118的性能,特别是纹波抑制,以及负载瞬态变化时的高速瞬态响应速度,比传统的低静态电流LDO有更好的效果。这意味着RP118有助于优化输出电压稳定和纹波减少。芯片有使能管脚来控制关断模式,在关断模式下,静态电流被减小到最低0.002µA。
关断模式主要是用于设备大部分时间是在休眠状态下,只在需要的时候打开的那种IOT设备的应用。

 

RP122 无缝 LDO 稳压器

RP122
RP122

电子设计人员经常为适合电路的LDO类型选择而纠结不已。一种选择是低电流消耗的LDO,但是像纹波抑制和瞬态响应速度这样的性能对这些产品来说并不令人满意。另一种选择是高性能的LDO,但即使输出当前的需求很低,它们也有很高的内部电流消耗。在2005年,Ricoh设计了一种叫做无缝LDO技术的智能解决方案,这意味着LDO内部消耗电流与输出电流需求全程顺滑的匹配,不受到开关阈值影响。RP122 LDO调节器是一种卓越的LDO,它解决了高性能LDOs的典型问题,并提供了极好的规范,是典型的使用理光的无缝技术的标志性产品。它具有令人印象深刻的90dB的纹波抑制率,超快速的瞬态响应速度,无负载状态下只有9.5µA的静态电流,其噪音输出水平仅仅只有8µvrms的输出。这些特性对于具有噪声敏感电路的电池供电设备来说尤其具有优势,将低噪音,低静态功耗,高速瞬态响应特性完美结合。

RP511 & RP512 VFM Buck DC/DC转换器

RP511和RP512由于其WLCSP的超小封装,可以在电路板上实现芯片和三个组件一共只需要8.0mm2或10.6mm2的PCB区域。这两种产品的主要区别是他们的输出电流能力,他们可以提供100mA或300mA。RP511和RP512的静止电流只有300nA,令人印象深刻。这个特性对延长单次充电电池使用时间至关重要。其为同步整流开关稳压器,内置高侧和低侧MOSFET驱动晶体管,减少了部署时的外部二极管的需求。

此DC/DC转换器在VFM模式下运行,在轻负载时能实现高效率(95%为0.1mA)。VFM开关频率随输入电压、输出电压和输出电流的不同而变化。

RP604 300 mA 升降压DC/DC转换器。

有些时候,IOT电路的工作电压在电池的满充电压和低电池电压之间。RP604就是专门为此而设计的DC/DC。在特定的时刻,DC/DC会自动切换,从降压模式转变为升压模式,保持输出电压不变。RP604能在降压模式时提供最多300mA的电流,升压时比较小并与输入电压相关。令人惊奇的是,RP604在无负载状态降压模式下消费电流仅仅300nA,而在负载为0.1mA时,效率能达到90%。
芯片内部集成有多重保护电路,以及其他功能电路。其中有低电压锁定电路,当输入电压低于一定阈值时,DC/DC转换器将停止工作。有软启动控制器,在开启时避免电压超调或电压不足出现。有电感(LX)电流限制电路 ,能将电感中流过的电流限制在一个特定阈值内。有输出过电压保护,当输出电压高于阈值时,将切断P-CH和N-CH开关。最后还有温度保护功能,当温度高于140°C时,会关断芯片。

R1800 降压 DC/DC 转换器,能量采集专用

R1800

R1800是一种特殊的DC/DC转换器,专用于收集和储存由光伏,振动或温度变化能量收集元件产生的能量,使一些设备不需要传统电池,或无需更换电池以节省维修费用。低静态电流R1800甚至能在没多大变化的环境中收集非常小的能量。其静态电流只有144 nA,在10µA输出电流时的效率是90%。
这个降压DC/DC转换器能够将刚产生于能量收集器的能量以最及时,最大限度的方式传输到输出端。输出的能量将被储存在超级电容或可充电电池中。当输入电压低于某输入阈值时停止输出,当输入端有足够电压时,转换器将继续工作输出能量。这个过程将一直重复,直到超级电容或可充电电池电压足够高。
内置有逆流保护电路,防止当输入端不工作时,从输出端至输入端的反向漏电流。残留的反向漏电流为10nA(典型)。而R1800的输出电压能在内部设置。

综上所述

希望这篇文章有助于为新的应用产品提供更好的特性,能使划时代的产品诞生。新一代产品的电池使用时间更长,甚至可以使用无传统电池的替代电源。