Empower Semiconductor Bis zu drei Point-of-Load-Wandler monolithisch integriert

Im EP70xx ist nicht nur die Elektronik, sondern auch alle externen Komponenten samt Kondensatoren und Induktivitäten auf einem CMOS-Chip integriert.
Im EP70xx ist nicht nur die Elektronik, sondern auch alle externen Komponenten samt Kondensatoren und Induktivitäten auf einem CMOS-Chip integriert.

Mit der Bausteinfamilie EP70xx hat Empower Semiconductor Point-of-Load-Wandler-ICs vorgestellt, die nicht nur die Elektronik, sondern auch alle externen Komponenten samt Kondensatoren und Induktivitäten auf einem CMOS-Chip integrieren. Dadurch sind die Wandler gerade einmal 0,75 mm hoch.

Üblicherweise benötigen Power-Management-ICs und Point-of-Load-Wandler noch ein Heer an externen Komponenten wie Eingangs- und Ausgangskondensatoren, die Leistungsinduktivität sowie Widerstände zum Programmieren der Ausgangsspannung. All das integriert Empower Semiconductor nun im EP70xx, einem 5 mm × 5 mm großen Chip in Standard-CMOS-Technologie, monolithisch.

Dadurch soll der Platzbedarf des Power-Managements auf der Leiterplatte um den Faktor 10 schrumpfen, die Verlustleistung des Systems um zehn bis 50 Prozent sinken und die Komplexität des Power-Routing auf der Leiterplatte verringern. Der Chip ist auch als Bumped Die erhältlich, um ihn beispielsweise in ein SoC per Co-Packaging zu integrieren oder ihn unter dessen BGA-Gehäuse zu packen. Zielmärkte sind Mobilfunk, 5G, KI und Datenzentren.

Produktmuster, Demoboards und Referenzdesigns für Eingangsspannungen von 2,5 V bis 16 V sind für qualifizierte Kunden ab sofort verfügbar. Für das vierte Quartal 2020 werden größere Produktionsvolumina erwartet. Zur Markteinführung startet die EP70xx-Familie mit acht Produkten: vier Typen mit drei Ausgängen, zwei Typen mit zwei Ausgängen und drei Typen mit einem Ausgang. Die Ausgangsspannungen lassen sich beispielsweise beim EP7038 zwischen 0,4 V und 1,31 V einstellen, wobei die Ausgänge in der Summe 10 A bereitstellen können.

Aufgrund ihrer Architektur weist die EP70xx-Familie einen maximalen Wirkungsgrad von bis zu 91 Prozent mit einer nahezu flachen Wirkungsgradkurve auf. Die Bausteine weisen dynamische Spannungsskalierung (Dynamic Voltage Scaling) von 12 mV/ns auf und ermöglichen so, den Prozessorstatus schnell und verlustarm zu ändern. Dadurch lassen sich laut Empower 30 Prozent oder mehr der Prozessorleistung einsparen.

»Empower Semiconductor möchte nicht nur eine bahnbrechende Leistungsdichte zu bieten, sondern auch den Entwurfsprozess möglichst einfach gestalten«, betont Trey Roessig, Chief Technology Officer & Senior VP of Engineering von Empower Semiconductor. »Einfach den EP70xx ohne weitere diskrete Bauteile auf der Leiterplatte platzieren, die Einstellungen über die mitgelieferte grafische Benutzeroberfläche vornehmen und den Baustein über den I3C-Port programmieren – fertig. Der Entwurf von Eingangs- und Ausgangsfiltern, von Rückkopplungswiderständen und von Kompensationsschleifen entfällt, genauso wie Bauteiländerungen. Dadurch, dass mehrere komplette Stromversorgungen in einem einzigen IC untergebracht sind, werden die üblichen Bedenken hinsichtlich Bauteilvielfalt und -beschaffung, Synchronisierung und Stabilität entweder beseitigt oder erheblich reduziert«, so Roessig weiter. Telemetrie, Diagnose, Warnungen und Schutz sowie Parameter wie Soft-Start-Zeit und Sequenzierung, DVS-Rampengeschwindigkeit und Phasenausblendung sind ebenfalls über die I3C-Schnittstelle (SenseWire) programmierbar.

Hinter Empower Semiconductor stehen Leistungshalbleiter-Experten, die viel Erfahrung aus früheren Tätigkeiten beispielsweise bei International Rectifier, Volterra Semiconductor, TSMC, Infineon, Analog Devices und Navitas Semiconductor mitbringen.