전자서적, 웨어러블 단말기, 포터블 단말기의 장시간 구동 및 소형화 실현

로옴(ROHM)은 NXP Semiconductors(이하, NXP)의 애플리케이션 프로세서 시리즈인 ‘i.MX 7Solo/ 7Dual’ 제품에 최적인 고효율 파워 매니지먼트 IC(이하, PMIC) ‘BD71815GW’를 개발했다.

i.MX 7Solo/7Dual 프로세서는 전자서적, 웨어러블 기기뿐 아니라 산업기기용 핸디 터미널 및 태블릿 PC 등, 소비전력이 중시되는 배터리 구동 애플리케이션의 플랫폼을 타깃으로 한다.

대기 및 동작 상태의 소비전력 삭감

BD71815GW는 로옴이 지금까지 축적해 온 모바일 애플리케이션용 전원 기술을 활용해 i.MX 7Solo/7Dual 프로세서용으로 회로 구성을 최적화하고, 대기 상태와 동작 상태의 소비전력을 대폭 삭감함으로써 배터리 구동 시간을 크게 늘려 준다.

NXP사의 마이크로 컨트롤러 담당 제너럴 매니저 겸 상무인 Geoff Lees는 “i.MX 애플리케이션 프로세서 시리즈(i.MX 6UL, i.MX 6SL, i.MX 7S, i.MX 7D)가 로옴의 PMIC와 조합해서 사용될 경우 저소비전력, 소형, 저비용이 중시되는 분야에서 NXP의 시스템 제안을 강화하고, 폭넓은 애플리케이션에 대응할 수 있다”고 말했다.

전자서적 및 웨어러블 기기 외에도 모바일 기기 대부분에서 배터리 구동 시간 연장이 요구됨에 따라, 부품 자체의 저소비전력화도 중요한 과제가 되고 있다. NXP의 ‘i.MX 시리즈’는 모바일 기기용에서 높은 실적을 보유하고 있으며, 새로운 시리즈인 i.MX 7 프로세서는 최고 레벨의 전력 효율을 자랑하는 ARM? Cortex?-A7과 Cortex-M4 코어를 탑재한 GHz 클래스의 애플리케이션 프로세서로, 각각 100㎼/MHz와 70㎼/MHz의 프로세서 코어 효율 레벨을 실현했다.

BD71815GW는 로옴의 아날로그 설계 기술을 구사해 i.MX 7Solo/7Dual 프로세서 구동에 최적인 전원 시스템을 실현했다. 기존 제품과 비슷하게 높은 전력 변환 효율(82% 이상)을 확보함과 동시에, 애플리케이션의 저소비전력화에 중요한 대기 시의 소비전력 16％ 삭감에 성공했다. 또한, 30V 내압의 입력 과전압 보호(OVP) 기능이 탑재된 Li-ion 배터리 충전기 및 LED 드라이버(6LED)가 내장돼 있다. 스위칭 주파수의 고속화(6MHz)에 의한 외장 코일 소형화, 탑재 기능 최적화, WL-CSP를 채용한 소형 패키지(16mm2 : 기존 면적 대비 75％ 삭감) 채용으로 외장 부품을 포함해 실장 면적을 대폭 삭감했다.

그뿐 아니라, 쿨롬 카운터(Coulomb Counter)를 내장하고 로옴의 독자적인 알고리즘을 탑재한 레퍼런스 소프트웨어를 사용함에 따라 고정밀도로 배터리 잔량을 모니터링할 수 있게 됐다. 이 제품은 모바일 기기에서 가장 중요하다고 할 수 있는 저소비전력, 소형, 고정밀도를 실현하는 데 큰 도움이 된다.

▲ 그림 1. 고효율 파워 매니지먼트 IC, BD71815GW

i.MX 7Solo/7Dual 제품의 파워 레일에 최적화

i.MX 7Solo/7Dual 프로세서의 파워 레일에 적합한 전원 회로를 실현함으로써 슬립일 때의 저소비전력화는 물론, 대기 시 전류도 매우 작은 10㎂를 달성했다. 또한, PFM(Pulse Frequency Modulation) 모드와 PWM(Pulse Width Modulation) 모드를 부하 전류에 따라 매끄럽게 전환하는 SSMC(Seamless Switching Mode Control) 기능으로 모든 부하 영역에서 82％ 이상의 고효율화를 실현함에 따라, 배터리 구동 애플리케이션에 최적인 전원 시스템을 실현할 수 있다.

▲ 그림 2. PFM 모드와 PWM 모드 전환

소형화 기술로 외장 부품을 포함해 실장 면적 삭감

1. WLCSP 패키지 채용

4mm×4mm(16mm2)의 WLCSP 패키지를 사용함에 따라, 기존 제품(8mm×8mm＝64mm2)에 비해 실장 면적이 75％ 저감됐다.

2. 다양한 외장 기능 내장

포터블 기기의 전원으로 일반적인 리튬 이온/리튬 폴리머 배터리용 500mA 충전 기능(MOSFET 추가로 2A로 확장, 30Ｖ 내압의 과전압 보호 기능 포함)을 내장했다. 그뿐 아니라 백라이트용 LED 드라이버 6LED 1열도 내장했다.

3. 스위칭 주파수 고속화로 외장 코일 소형화 실현

벅 컨버터(Buck Converter)의 스위칭 주파수를 기존의 2.5MHz에서 6MHz로 고속화시킴에 따라 외장 코일을 소형화할 수 있었으며, 기존 제품 대비 실장 면적을 25% 삭감할 수 있었다.

▲ 그림 3. 실장 면적 약 50% 삭감

포터블 기기에 필요한 다양한 기능 내장

• 6.0MHz 강압×5ch

• LDO×7ch

• 리튬 이온/리튬 폴리머 배터리용 500mA 충전기

• 15bit ΔΣ-ADC 쿨롬 카운터

• 리얼 타임 클록

• 32.768kHz 수정 발진 회로

• 6LED 1열 25mA 조광(Dimming) 기능 내장 LED 드라이버

• l2C 인터페이스(100kHz, 400kHz) 

김희성 기자 (npnted@hellot.net)