前语
近年来，智能手机等移动设备、可穿戴式设备及IoT设备等用电池驱动的电子设备敏捷遍及。而且，为了进步产品的规划灵敏度并确保装备新功用所用的空间，要求这些产品上搭载的元器件的功耗要下降到极限，以完成小型化并延伸电池运用寿命。
上述电子设备由担任全体操控的CPU(Central Processing Unit)、用来获取所需信息的传感器、进行信息通讯的无线设备等组成(图1)，经过恰当处理这些信息来完成各种功用。电源IC的作用是使电池安稳供应这些部件作业所需的电源电压。而且，电子设备即便进入待机状况，也需求对外部信号当即呼应，因而监测外部信号的功用会持续作业。这就需求电源IC也始终坚持作业状况，以确保该功用的电源电压供应。因而，下降电源IC本身的耗费电流是完成电池长期续航不行短缺的要素。
一直以来，ROHM充分运用模仿规划技能、电源体系工艺以及笔直统合型出产体系优势，致力于开发满意市场需求的电源IC。现在，完成可持续发展社会已经成为全人类的强烈要求。实际上，扣子电池10年驱动技能也已经成为IoT和可穿戴式设备范畴的常见关键词。此次，ROHM针对这种社会需求，运用多年来堆集的并建立的技能，开宣布搭载超低耗费电流技能“Nano Energy”的电源IC。这使扣子电池驱动的设备能够轻松完成接连10年驱动。
搭载了该Nano Energy技能的产品包含“BD70522GUL”。BD70522GUL在支撑电池驱动的开关稳压器中，完成了180nA的国际最小(到2018年1月ROHM查询数据)耗费电流(图2)。下面介绍一下BD70522GUL所搭载的Nano Energy技能。
[图1] 可穿戴式设备的组成示例
[图2] 与竞争对手的耗费电流比较
扣子电池10年驱动
扣子电池中最有名的产品是CR2032。这种电池的标称容量为220mAh，是各公司的通用标准。为了运用这种扣子电池接连10年驱动电子设备，需求预算所需的电源IC作业时耗费电流。虽然电池容量是220mAh，电源IC也不行能耗费掉一切的电量。在此多预算一些，依照假定电源IC可耗费100mAh来核算。
ICC(耗费电流)=100mAh(电池容量)÷87,600h(10年)≒1μA(图3)
这个1μA的值便是电源IC作业时容许流过的均匀耗费电流上限。也便是说，电源IC的耗费电流为nA量级是必要条件。这样就能够无需添加电池的容量而是经过无限削减电源IC的耗费电流，来延伸电子设备的接连驱动时刻并进行功用扩展。BD70522GUL将耗费电流削减至180nA，大幅延伸了电池续航时刻。
[图3] 扣子电池10年驱动的必要条件
削减耗费电流带来的课题
削减电源IC耗费电流最简易的办法是添加内部电阻的电阻值。可是，单纯地添加电阻的话，以下各种问题都会突显出来。
・电路面积添加
・对元件漏电流的影响添加
・阻抗添加会进步对搅扰噪声的灵敏度
・模仿电路的呼应速度恶化
“电路面积添加”是指电阻值的添加带来的电阻面积添加。
“对元件漏电流的影响添加”是指组成电源IC的部件中MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)晶体管相关的问题。该晶体管即便在OFF状况下也会流过必定的漏电流。该漏电流发生于内部电路或输出段。例如，以流入反应电阻的漏电流为例(图4)，假如是之前的电阻值，则相关于输出电压发生的稳态电流(=输出电压÷反应电阻)漏电流非常小，因而能够疏忽;但电阻增大后，稳态电流会变小，将无法再疏忽漏电流的影响。
“阻抗添加会进步对搅扰噪声的灵敏度”是指为简略起见，假定电阻(R)衔接的是π型滤波器。当其一端被施加电压、另一端进来噪声时，含噪声端子的电压到安稳为原电压之间的时刻常数由π型滤波器的RC决议。该电阻添加会使时刻常数变大，从而使抵达安稳状况的时刻变长。
“模仿电路的呼应速度”是由许多要素决议的，在此经过对电容器的充电为例来考虑。充电到必定作业电压的时刻即呼应速度，该呼应速度与充电用的电流成正比，因而假如耗费电流削减，呼应速度会变差(图5)。
[图4]削减耗费电流带来的课题(漏电流)
[图5]削减耗费电流带来的课题(呼应速度)
霸占课题的首要技能及其特性作用
针对前述的各种课题，ROHM交融笔直统合型出产体系下的“电路规划”、“布局”、“工艺”三大顶级模仿技能，创建了Nano Energy技能。经过这些优势的大交融，对各种课题施行了最佳对策。在这里，以BD70522GUL中搭载的Nano Energy技能的电路规划技能为例，来介绍以下两个首要技能及其作用。
・下降基准电压单元和操控监测单元耗费电流的技能
・处理操控监测部的低耗费电流、高速呼应、高精度之间存在的对立联系的技能
BD70522GUL是降压型开关稳压器。关于开关稳压器来说，当作为负载的输出电流低于必定的值时，经过切换为间歇作业形式，能够在坚持输出电压的一起削减电流耗费。在需求Nano Energy技能的很多使用中，估计坚持间歇作业状况的时刻都比较长。为此，在BD70522GUL的开发中，深入剖析并依据剖析成果削减了这种间歇作业时的电流。
首要，依据剖析成果，将间歇作业时耗费电流的首要原因提炼为基准电压单元和操控监测单元两处(图6)。然后，关于这两个单元选用最佳的耗费电流削減办法，使这两单元的耗费电流降至以往的1/100左右。其成果是，在电源IC的最重要特性–功率特性中，在后段待机状况负载电流10μA的条件下，完成了功率90%以上的特性(图7)。别的，在直至最大负载电流500mA的更宽范围内均可坚持该特性。
[图6] 开关稳压器方框图
[图7] BD70522GUL的功率特性
下面介绍一下处理操控监测部的彼此限制的对立联系的技能。如前所述，削减操控监测部的耗费电流会导致呼应速度恶化。而且，还有一个由操控监测部决议的重要电路特性。那便是安稳的输出电压。以传统的操控监测部的电路结构，不行能一起改进“低耗费电流、高速呼应、高精度”这三大特性。可是，运用BD70522GUL中搭载的Nano Energy技能，经过全面改进电路结构，成功地使以往无法一起完成的三大特性得以一起改进。而且完成了国际最小的无负载时耗费电流、负载动摇时的高速呼应性(Load response)、整个负载范围内安稳的输出电压(Load regulation)(图8,9)。
[图8] BD70522GUL 高速呼应特性
[图9] BD70522GUL 输出电压安稳性
搭载Nano Energy的产品可支撑广泛的使用
Nano Energy技能对错常有用的低功耗技能，而下降耗费电流是需求电源的一切使用中永久的主题。如本文最初所述，该技能特别关于待机状况长、但作业时需求敏捷呼应的使用来说是最佳技能。例如运用扣子电池和锂离子电池等驱动的移动设备或安防设备等使用。此外，跟着近年来轿车电子化的加快，也正在成为车载元器件所需的技能。ROHM具有的电源IC技能，不只有开关稳压器，还有LDO(Low Drop Out)稳压器。现在，搭载Nano Energy的LDO稳压器也已在开发中，ROHM未来还将持续供给进一步节约空间、下降噪声的丰厚处理方案，为完成可持续发展社会贡献力量。(图10)
[图10] 搭载Nano Energy技能的产品支撑的使用示例
总结
运用ROHM开发的超低功耗技能–Nano Energy技能，可明显下降电源IC的耗费电流。例如，搭载Nano Energy的BD70522GUL完成了180nA的国际最小耗费电流。别的，关于与下降耗费电流彼此限制的对立课题，BD70522GUL也经过Nano Energy技能，一起完成了超低耗费电流、高速呼应、输出电压的安稳性。这意味着ROHM能够为更广泛的使用供给更丰厚的处理方案，其间包含以“扣子电池10年驱动”为关键词的移动设备范畴、甚至近年来发展敏捷的车载电子元器件范畴。
现在，ROHM正在市场上推行电源IC的两大顶级技能Nano技能(Nano Pulse Control※1和Nano Energy)。这些技能不是仅对特定范畴有用的技能，而是因其超卓的功能而能够在更广泛的范畴中使用的技能，这一点是这些技能一起具有的特色。未来，ROHM将会持续扩展搭载了Nano技能的产品群，以满意更广泛的需求，为完成可持续发展社会贡献力量。
※1 尽可能精密而安稳地操控脉冲宽度的技能，完成了在降压比较大的环境下“电源体系单芯片化”、以及包含线圈在内的“装置面积小型化”。
