随着小型化的趋势日渐增强，新的封装方法和集成电路互连方法被开发出来。今天，“片上系统”是指在同一个封装内组装两个集成电路的封装方法。这种新的封装方法满足了所有的单片集成电路解决方案无法满足的应用要求，特别是那些功率要求不断提高而专用的热设计的成本不能提高的交流-直流变流器、大功率系统和高压系统。
    

    封装上系统VIPER53 特性
    

    VIPer53是新一代高度集成的离线开关集成电路，采用ST的纵向智能功率专利技术（VIPower），具有很高的集成度，内置一个采用多重漏极网格工艺（MD-Mesh）的功率场效应MOS晶体管，目标应用包括机顶盒、DVD视盘机、录像机的电源变换器以及电视、PC机和旅行适配器内的辅助电源。系统的控制部分和功率场效应MOS晶体管都装在同一个封装内。现有的封装包括DIP-8双列直接插入封装和PowerSO-10钮扣型封装

    图1描述了控制部分和功率场效应MOS晶体管
    

    MD-Mesh 技术综合了一个新的纵向漏极结构和ST的“网格覆盖”横向布局。MDmesh 采用一个纵向P型带结构，这个结构由一个可以降低普通轻掺杂漏极电阻的分割阵列组成。
    

    控制部分采用高压M0-3 VIPower制造工艺，这个智能工艺允许控制电路的设计具有保护功能，采用单一封装框架，组装过程变得十分简便。
    

    VIPer53 的优点首先是在无负载条件下将能耗降低到近乎零，使电源制造商可以达到新的更加严格的生态标准，如“节能之星计划”；其次，因为通态电阻RDS(on),低，在25℃ 时只为1欧姆，功率变换效率明显提高，而且无需使用散热器，从而避免了制造成本的增加。
    

    典型情况下，DIP-8封装版VIPer53输出功率为30W ，PowerSO-10版的输出功率40W ，电压范围85 Vac ～ 265 Vac。
    

    这个器件包括了组成一次侧开关电路所需的全部模块：控制部分包括启动变换器的高压电流源、脉宽调制驱动器和各种保护功能，如过压保护、热关机、逐周限流和新的负载保护，同时功率场效应MOS晶体管的最小击穿电压为620V ，通态电阻RDS(on) 在25℃时为1欧姆。
    

    通过连接OSC引脚的电阻-电容网络（RC），可以从外部设置开关的频率，最高可以设定到300 kHz，当变换器接通时，位于漏极引脚和VDD引脚之间的内部高压电流源为器件供电，并向一个连接VDD 引脚的外部电容器充电。当VDD电压达到VDDon阈压时，内部高压电流源关闭，器件开始开关操作，变压器辅助绕组给器件供电。
    

   反馈控制系统属于电流式控制，通过Comp引脚实现系统功能。电流式控制是指比较流经Mdmesh功率场效应MOS晶体管和反馈变压器的电流与调节回路的输出电压产生的反馈信号，然后，通过对比结果确定MDmesh 场效应MOS晶体管的导通时间。
    

   VIPer53 实现的新的重要特性是通过TOVL 引脚实现的过负载时延。如果Comp引脚电压超过4.35V (典型值);，过负载保护就会启动，连接TOVL引脚的外部电容器开始充电，同时场效应MOS晶体管开始不断地开关操作。在这个期间，漏极电流限制在1.6A。如果过负载维持不变，TOVL电容器达到 VOVLth阈压，场效应MOS晶体管关断，并停止向变换器输出传送能量。在这种条件下，VDD 电压下降，当达到VDDoff 阈压时，内部高压电流源接通：一个新的周期开始。如果过负载或短路继续存在，器件进入无休止的重启序列，如图2所示。延时是电容充电时间。TOVL 引脚上的电容值的选择导致了VDD 引脚上的电容值的选择。特别是，tOVL (TOVL引脚上的电容充电时间) 必须大于变换器的启动时间tss。这是辅助绕组无法向电容和器件输送充足电能的时间。
    

   为经济型机顶盒供电
    

    机顶盒(STB)通常用于连接卫星和有线电视供应商，并能够支持电子游戏。这类消费电子产品通常放在电视机上，与电视和录像机的信号处理电路相互连接。机顶盒体现了信息与娱乐之间的最佳结合，通过一台电视和一条电缆或电话线，机顶盒可以提供家庭上网、交互信息、视频流和电子编程

    机顶盒不断增加的功能要求输入线路提供更大的功率，以供给所有必要的电路，考虑到空间和冷却限制因素，提高电源效率成为首要任务。单板电源在无负载条件下必须具备很小的待机功耗，而且排放的热量无需某一类型的有效通风 。    

   随着不断添加新的特征和能力，比如彩色LCD显示器、管理器、微浏览器、以及娱乐功能如FM调谐器、MP3播放器以及电子游戏等，便携式产品变得越来越复杂。然而，用户要求这些新的特征不会增加产品的重量或不会影响电池充电之间的操作和待机时间。解决这类矛盾的方法就是改进数字半导体制造技术，开发先进的电源管理技术。
    

   由于锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度高，功能众多的便携式设备的电池大多已从NiMH电池发展到锂离子电池。这就要求在给定的充电能力内，其体积和重量相对比较小。个人数字助理（PDA）和数码照相机（DSC）等产品在成本较低的架构中仍然采用碱性电池和NiMH电池。用户界面要求，振动电机电压要使用稳压器，LED指示灯要使用电流源以及触摸屏输入要使用ADC。这些输入的确提高了对电池的要求，但由于操作时间短，对电池的使用寿命没有显著影响。射频部分是噪声最敏感的部分，要求使用具有卓越性能的低压降线性稳压器（LDO），这种稳压器具噪声高抑制度以及低输入-输出电压差，可在2.7～4.2V的工作范围内最大化单节锂离子电池的容量。在过去几年里，射频部分的功率要求逐步改进，工作电压从2.85V～3V降到2.5V，总电流需量在减少。射频部分中的唯一个例外情况就是发射功率放大器，通常直接由电池供电运行。
    

    LDO电路相对比较简单，包含一个通过元件、误差放大器/反馈电路以及参考电压。外接元件是输入和输出电容器各一个。LDO具有低噪声输出，电源波动抑制能力强，快速负载响应以及低静态电流等特点。由于通过元件在线性模式下工作，无需完全开和关，因此该架构可实现低静态电流。LDO只能降低电压，而且当Vin和Vout之间的电压差增大时，其效率较差。
    

    开关稳压器的内部电路包含高端和低端通过元件、误差放大器/反馈电路、振荡器、限流和热停机保护电路，以及各种逻辑功能。它要求的外接元件包括输入和输出电容器以及电感器。电容器电容值一般为LDO电容器电容的10～20倍。开关稳压器的优点是效率高，通过正确的配置，可以降低电压。缺点是输出纹波较高，这可以通过各种技术进行控制。由于需要附加电路实现转换电路以及每个周期需要能量开关通过元件，开关稳压器的静态电流较高。PWM降压转换器的优点在输入和输出之间的电压差增大时尤为突出。
    

    如果不使用开关稳压器，那么可以选用脉冲频率调制（PFM）。PFM是高端开关，具恒定开/关时间，而低端开关时间为随机的，随反馈电压而变。脉宽调制（PWM）是以设定的频率接通高端开关，通过改变开通时间，进行稳压。由于通过元件在PFM中的转换少于PWM模式，故PFM在低负载条件下，可以显著提高系统效率。PFM模式的缺点是可能向系统注入随机噪声。由于频率成分随负载而变，很难对噪声进行过滤或屏蔽，以防其进入射频部分和PLL合成器的敏感电路。关于LDO、PFM以及PWM转换器的优缺点参见表1。无线系统使用PWM方案，因为噪声频谱是基于振荡器的固定开关频率

    CDMA2000 1x便携式电话的标准基带处理器负载要求范围为60到120mA。当前采用亚微米数字工艺的微处理器芯片要求1.5或1.8V的电压，输入/输出缓冲器要求2.5～3.0V的电压。近年来，数字处理器的体积日渐变小，正常操作的标准芯片电压降到1V以下，而输入/输出环节电压仍保持在2.5V以上，以支持与模拟电路的连接。当电池电压为3.6V，即单节锂离子电池的通常工作点时，开关稳压器的芯片电源效率比LDO的高一倍。只有在1.0V以下的基带处理器正常工作时两者的效率差别才增大，原因在于锂离子和锂离子聚合物的化学性质将单节电池的电压固定在2.7～4.2V的范围内。降压转换器的主要缺点是，低负载比如当手机处于待机状态时，静态电流较高，使电池使用寿命显著降低。
    

   通过当前的数字传输架构，手机接通时间小于等待呼叫时间的5%，小于通话时间的50%，比如在GSM中，标准占空比为每次发送和接收时间的12.5%。在手机工作期间，在40%~90%的时间内该设备都处于低功率待机模式。由于待机模式期间的电流消耗量通常比正常工作模式期间的消耗量低1000倍，因此，当代手机可以通过300~400小时内的备用时间指定进入低功率模式的方式。由于电流消耗如此之低，采用极低静态电流的LDO可以产生比PWM方案更高的效率。如果结合LDO在低负载下的优点和PWM在中、高负载时的高效率优点，那么可以在整个负载范围内实现最大的电池使用寿命。

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