如何讓半導體器件在較小的封裝中實現(xiàn)更高性能。

以輸入功率保護電路為例，雖然其執(zhí)行的任務不會直接影響用戶體驗，但簡化該組件對優(yōu)化設備的尺寸和制造成本至關(guān)重要。在下文中，我們將介紹TI的集成和分立解決方案，是如何最大限度地簡化輸入功率保護設計的。

智能音箱通過尖端的語音識別人工智能技術(shù)和高音質(zhì)來持續(xù)提升我們的生活體驗。當與其他的家庭自動化設備(如可視門鈴、照明系統(tǒng)、恒溫器和安保系統(tǒng))配合使用時，智能音箱和智能顯示器正迅速成為智能家居網(wǎng)絡的控制中心。

為跟上不斷增長的市場需求并保持領(lǐng)先地位，設計人員不僅需要為智能音箱增加功能和提升性能，還需要減小其尺寸并提高散熱能力。如何讓半導體器件在較小的封裝中實現(xiàn)更高性能，將對減小電路板在空間受限的應用中的尺寸至關(guān)重要。

大多數(shù)電路板上集成了直接影響用戶體驗的關(guān)鍵組件，如片上音頻系統(tǒng)、帶觸覺反饋的電容式觸摸的人機接口控制器，以及LED驅(qū)動器引擎和D類音頻放大器。智能音箱系統(tǒng)中的其他組件(如電源管理)執(zhí)行的任務不會直接影響用戶體驗，但會影響尺寸和成本。設計人員可以在減小這些組件尺寸的同時，繼續(xù)提升其性能。

一個特定的組件是輸入電源保護電路，如圖1所示。輸入保護雖然有時在許多器件中被認為是理所當然的存在，但它是智能音箱中的一大關(guān)鍵電路，可防止在上電或連接不可靠的電源時損壞整個系統(tǒng)。智能音箱由外部AC/DC壁式適配器或內(nèi)部開關(guān)模式電源供電。該電路可在發(fā)生故障時保護任何下游器件免受損壞。

圖1：實現(xiàn)智能音箱典型功能的參考框圖

輸入電源的主要問題是不自然的高電壓或電流事件。TI具有集成和分立解決方案，可應對過流保護(OCP)和過壓保護(OVP)。

eFuse器件通?？梢詰獙CP和OVP，它通過集成MOSFET(功率金屬氧化物半導體場效應晶體管)，以在這些故障事件下斷開所有下游電路。eFuse器件還可在啟動期間管理浪涌電流，確保系統(tǒng)電壓以受控方式增加。TI TPS2595等器件采用2 mm×2 mm封裝，可提供高達18 V/4 A的保護。

對于OCP，常見的分立實現(xiàn)涉及使用電流檢測放大器，如INA185，其作用是測量分流電阻兩端的電流。INA185的輸出要么饋入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以數(shù)字化測量值，要么饋入比較器以向微控制器提供即時警報。ADC路徑可精確測量系統(tǒng)中的電流，但由于ADC的采樣頻率，會增加讀取測量時的延遲。比較器路徑快約1000倍(同時功率消耗更少)，但僅提供一個數(shù)字輸出信號提示過流，而非實際的電流值。

ADC適用于需要精確測量電流的系統(tǒng)，且可靈活地動態(tài)更改限值。INA185具有優(yōu)于±0.2%的滿量程精度，是業(yè)界最小的帶引線封裝的電流檢測放大器。該器件尺寸僅為1.6 mm×1.6 mm，非常適合需要優(yōu)化電路板布局的小型化系統(tǒng)。