PMIC: qué es, cómo funciona, y para qué sirven estos chips que encontramos en las placas base

Actualizado a: 22 de enero de 2024

Hay que destacar la importancia de la distribución de energía eléctrica en el hardware de dispositivos electrónicos como las placas base del PC, las de consolas, algunas placas PCB más pequeñas como las de la DDR5, las gráficas, etc. Esta tarea aparentemente trivial requiere circuitos integrados especializados llamados PMIC. Estos chips son esenciales ya que proporcionan la energía necesaria para alimentar todos los componentes electrónicos en una placa de hardware. Además, estos PMICs se pueden se pueden encontrar otros componentes como convertidores de reguladores de voltaje y condensadores que contribuyen a la gestión de la energía en el dispositivo.

¿Qué es un PMIC?

El chip PMIC (Power Management Integrated Circuit) desempeñan un papel fundamental en la simplificación de la distribución de energía eléctrica en el hardware de manera fácil de comprender. Cada uno de estos circuitos recibe una única fuente de energía y se encarga de dividirla y distribuirla a diferentes componentes.

Aunque el término PMIC puede aplicarse a cualquier chip que realice una función específica relacionada con la energía, lo correcto es usarlo para describir aquellos CIs que integran más de una de estas funciones. La incorporación de estas funciones en un solo circuito integrado permite lograr mejoras significativas en el diseño general, como una mayor eficiencia en la conversión de energía, una reducción en el tamaño de la solución y una disipación de calor mejorada.

Hoy en día, los circuitos integrados utilizados para una gestión más eficiente de la energía suelen contar con múltiples raíles de alimentación eléctrica, lo que implica la presencia de varios pines para este propósito. Por ejemplo, cuando una CPU o una GPU cambian a modos de bajo consumo, o alteran sus estados de frecuencia dinámicamente, la transición se logra cambiando el raíl de alimentación, y aquí es donde el PMIC desempeña un papel crucial. El procesador simplemente debe comunicarse con el gestor de energía para redirigir la alimentación de un pin a otro, sin necesidad de apagar la unidad de procesamiento que realiza la solicitud, lo que garantiza un funcionamiento continuo.

Ees decir, los PMIC se utilizan de manera generalizada al encender o apagar componentes de hardware, así como al ajustar su nivel de consumo. No solo se emplean en varios chips en un circuito, sino que también se pueden encontrar internamente en un solo circuito integrado, como en el caso de un procesador. Estos circuitos son esenciales para funciones como el overclocking, el aumento de la velocidad de los modos Turbo y muchas otras aplicaciones relacionadas con el rendimiento de dispositivos electrónicos…

Funciones de un PMIC

Como he comentado anteriormente, un PMIC es un circuito integrado que puede desempeñar diversas funciones, como:

• Conversión de corriente continua a corriente continua (DC-DC), con distintos valores.
• Carga de baterías.
• Selección y secuenciación de la fuente de alimentación correcta.
• Monitorización y ajuste dinámico del voltaje necesario.
• Protección contra sobretensión y subtensión.
• Etc.

Por tanto, estos circuitos de gestión de energía son dispositivos de estado sólido que controlan la dirección y el flujo de la energía eléctrica. Dado que muchos dispositivos eléctricos operan con múltiples voltajes internos (como 5 V, 3.3 V, 1.8 V, 1.2v, 1v, 0.9, etc.) y fuentes de alimentación/baterías, el diseño de la gestión de energía del dispositivo debe satisfacer diversos requisitos de funcionamiento.

Fabricantes

Los circuitos PMIC son muy populares, y están presentes en gran cantidad de PCBs. Por esto, no es de extrañar que exista una gran cantidad de fabricantes/diseñadores conocidos, como por ejemplo:

• STMicroelectronics
• Infineon Technologies AG
• Samsung Semiconductor
• Texas Instruments
• Apple
• Intel
• Marvell Semiconductor
• Qualcomm
• MediaTek
• Freescale Semiconductor
• Dialog Semiconductor
• Intersil
• Cypress Semiconductor
• ON Semiconductor
• Renesas
• Linear Technology
• Exar
• International Rectifier
• Ricoh Electronic Devices
• Cirrus Logic
• Y otros muchos…

Como puedes observar, no todos son foundries con capacidades para fabricar, aunque existen algunos IDMs, también hay muchos fabless que solo se limitan a diseñarlos.

¿Cómo es un PMIC?

Bien, como ya he comentado en un apartado anterior sobre las funciones de un PMIC, aquí te muestro tres ejemplos de Ricoh, Silicon Labs, y Dialog, respectivamente. Y, como puedes observar en sus módulos internos, incorpora una serie de componentes clave para llevar a cabo sus funciones, que incluyen:

• Regulación de voltaje: debido a la variabilidad en la velocidad de reloj de procesadores y memoria, el voltaje está directamente relacionado. El PMIC desempeña la función de garantizar que el procesador reciba el voltaje adecuado en todo momento para evitar sobrecargas.
• Gestión de energía de la batería: en ciertos PMIC, se encargan de administrar la energía suministrada por una batería al sistema. Esto es particularmente relevante en dispositivos como computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, tabletas y periféricos.
• Ajuste de la velocidad de reloj: en algunos casos, los circuitos integrados de gestión de energía también tienen la capacidad de modificar la velocidad de reloj a la que operan tanto el procesador como la memoria a los que están conectados.
• Uso de un reloj en tiempo real: algunos PMICs incorporan un reloj que mide de manera precisa los momentos en los que deben mantenerse los voltajes y las velocidades de reloj a niveles óptimos. Es decir, estos circuitos integrados cuentan el tiempo en pulsos, donde cada pulso representa un ciclo de reloj. A pesar de que la frecuencia es la inversa del tiempo, en el mundo real se suele medir el tiempo de acuerdo con el estándar internacional. La presencia de un reloj en tiempo real en un PMIC es fundamental para gestionar eficazmente la energía.
• MCU interior: cada PMIC cuenta con un microcontrolador incorporado, lo que significa que dispone de su propio procesador con memoria RAM y ROM programable. Este procesador ejecuta un programa de forma recursiva. Sin embargo, es posible actualizar este programa y modificar el funcionamiento del PMIC mediante una interfaz I2C que suele estar integrada en estos dispositivos. Es importante destacar que el PMIC opera de manera completamente independiente del sistema principal, es decir, no se trata de un periférico ni de un componente directamente relacionado con la unidad central de procesamiento (CPU). En consecuencia, el microcontrolador del PMIC ejecutará un programa interno específico en función de la información que reciba del entorno exterior. Por ejemplo, si un sensor interno detecta que un componente se está calentando demasiado, el microcontrolador del PMIC tomará medidas adecuadas, como reducir el voltaje para disminuir la velocidad del reloj, sin necesidad de recibir una solicitud directa por parte del componente afectado.

Por ejemplo, para ver mejor todo esto, puedes ver la siguiente imagen (die shot) que te adjunto, que corresponde a un PMIC de Cirrus Logic que se puede ver en las PCBs de los iPhone: