芯海

近几年,随着氮化镓、碳化硅等第三代功率半导体技术日益成熟,加上PD3.1 标准进一步推动了PD快充标准的通用性和普及率,快充市场被PD标准统一已经是大势所趋,在华为、苹果、OPPO、小米、VIVO等众多厂商推动下,快充技术从手机扩展到显示器、笔记本电脑、电动工具、个人护理、新能源汽车、户外电源、IOT设备等,苹果就在其Macbook Pro 2021上搭载了最新的PD3.1新标准。

据BCCResearch数据显示,预计2022年快充渗透率将提升至24%,市场规模将达到27.43亿美元。受下游市场需求拉动,快充芯片市场需求呈现爆炸性增长,但机会永远都给与有准备的人,PD快充市场爆发让在这个领域已经深耕十年的芯海科技快速进入了收获期。

PD快充协议的发展

在分析芯海科技的PD芯片之前我们先回顾一下PD标准的变迁,这样更有助于我们理解芯海十年磨一剑的历程。

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

2010年,USB-IF协会下属的BC(Battery Charging)小组制定BC1.2(Battery Charging V1.2)协议,主要用于规范电池充电的需求,该协议最早基于USB2.0协议来实现。后来的QC、AFC、SCP、FCP等几乎所有的私有快充标准(苹果除外)都是从BC1.2延申而来。

2012年7月,USB-IF发布了基于当时普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0标准,描绘了通过USB 3.0 和USB 2.0 接口最高可达100W供电能力的美好前景。

2014年8月,USB-IF协会发布了具有革命性意义的Type-C 1.0接口标准和USB PD2.0 标准,通过USB-C连接器和在线缆中增加CC通信线,实现了功率双向传输和最大100W供电,解决了USB PD1.0实行中遇到的难点。

2015年底,USB-IF协会推出了USB PD3.0标准,并在2017年2月发布了USB PD3.0标准的重要更新,在USB PD3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS。

2021年5月,USB-IF协会发布了最新的USB PD3.1快充标准,这是6年后USB PD快充技术的一次重大更新。USB PD3.1标准新增了28V、36V、48V三个拓展输出电压,并将最大输出功率提升至240W。此外还在拓展功率范围中增加了三组可调电压档(简称AVS),分别为15V-28V 5A、15V-36V 5A以及15V-48V 5A。

USB PD3.1把USB PD的应用由传统的手机和笔记本电脑供电,扩充到便携式设备、物联网设备、智能家居、通信和安防设备、汽车和医疗等领域,它让USB PD将成为真正大一统的供电标准,也是在这个背景下,许多业者开始进入PD芯片领域。

芯海科技十年磨一剑

回顾芯海科技在PD快充方面的研发历程,俨然是伴随着PD标准的发展史。

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

在智能手机走热尤其是苹果iPhone手机推出以后,智能手机的续航成为一个痛点,于是,充电宝开始走热,2011年,芯海科技就开始研发软件三合一充电宝里的主控芯片CSU8RP3119B,这颗芯片曾经市占率高达50%!

2015年,芯海PD的主控芯片推出,当时市面比较流行的是高通的QC2.0、QC3.0,芯海科技经过分析也选择跟进Type-C PD协议,初步完成产品布局,现在看来,这个决定非常正确。

2016年,芯海科技推出了支持PD2.0的CSS34P16,这是一颗通用的高性价比PD芯片,目前该芯片仍在持续出货。

2017年PD3.0标准发布,芯海科技也同步规划了PD3.0的芯片产品。2018年上半年,芯海科技CS32G020通过了PD3.0认证,这也是目前芯海PD的明星产品,一颗芯片可以支持双通道,支持两个Type-C接口,其产品规划相当超前。

时间到了2019年,当时智能手机依然以QC协议居多,PD快充还没有普及,随着苹果发布iPhone8手机开始慢慢替换到Type-C接口,快充市场开始发生缓慢的改变,到2020~2021年,手机PD爆发。

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

2021年5月,USB-IF协会发布了最新的USB PD3.1快充标准,引爆了整个会场,快充从手机蔓延到多个领域,而芯海的快充芯片犹如天女散花般从CS32G020演进到多个专用PD芯片,如针对电源的CSU3AF10,针对PC领域的CS32G051,芯海还将推出针对车规的快充芯片。

芯海PC快充芯片CS32G051迅速起量

CS32G051是芯海科技今年6月推出的国内首款满足笔记本应用场景的高性能32位PD协议芯片。该产品集成多种协议栈,融合快速充电技术规范 UFCS,除了PD协议外,还可以支持到SCP、AFC、QC2.0/3.0等众多快充协议,带来超强兼容的快充体验。同时,该芯片还具备强大数据管理,支持多种ALT Mode,帮助终端产品在超强快充兼容的同时,做到高清数据传输及多屏互动。在应用场景上,CS32G051具有高集成度、更安全及易开发的特性,不仅能满足笔记本C口管家的基本需求,同时扩展更多外设资源,可适配不同的SOC和不同的应用场景。

CS32G051推出后迅速获得客户认可,国内某知名笔记本大厂迅速下单,同时,芯海科技也获得了英特尔的大力支持,推广该芯片在PC领域的普及。

芯海科技的PD芯片也在显示器、手机等领域获得采用,最新的Redmi显示器 27英寸 4K显示器就采用了芯海科技的PD芯片CS32G020。

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

目前已经有多家头部显示器与手机厂商以及汽车工业客户导入了芯海PD快充方案。

具体来说,CS32G051有如下特点:

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

CS32G051是适用于PC应用的USB Type-C和USB PD控制器。集成了Type-C CC 和USB PD所有功能,HPD检测模块,SBU Switch,USB2.0 MUX,USB BC1.2。同时还集成了多种手机的快充协议,以增强终端设备的充电兼容性。

1、USB PD控制器

-符合USB PD3.1标准,支持PPS功能
-支持PD3.1 FRS功能
-支持被配置为DFP,UFP或DRP

2、符合USB Type-C规范

-集成2组CC口(CC1_A/CC2_A,CC1_B/CC2_B)
-线缆链接和方案检测
-支持900mA、1.5A或3A广播
-集成VCONN MOSFETs,支持OCP,带载300mA,600mA过流保护
-做UFP时可自动进行充电能力检测
-支持Dead Battery检测

3、其他快充协议

-QC2.0、QC3.0、QC4+
-FCP、SCP、SSCP、AFC
-BC1.2、Apple Mode

4、集成Analog Mux

-1组SBU Switch For AUX_P/N
-1组USB2.0 MUX For DP/DM,2:1,满足480Mbps的通信要求

5、MCU资源丰富

-12K SRAM,256K Flash(支持双区分配)
-4组I2C/SMBUS,支持主/从
-26个GPIO

6、封装:QFN32(4mm*4mm*0.75mm)

“十年磨一剑,芯海PD快充芯片获大单!"

全功能覆盖,正面PK国际厂商

目前,PD市场已经吸引众多玩家入场,多家厂商推出来支持PD协议的快充芯片,如天德钰、英集芯、南芯、智融、慧能泰等,相比较而言,国内其他厂商产品大多数都是电源应用为主导,由电源芯片+协议构成,但芯海科技的产品直接对标国际同类产品,产品最大亮点是针对全功能Type-C 的PD主控芯片,相对而言应用更广泛。

此外,芯海科技的产品是完全通过双向认证,这是最体现实力的,例如充电器对PD认证测试单向认证要求是100多项内容,而做双向对PD认证测试项的要求大概是单项的3~4倍。这仅仅是做电源,如果要做数据传输则会有1000多项测试,比电源要高10倍!

在USB-IF PD认证中,难度最高要数PD-HOST端的认证,PD-HOST认证既需要做DRP双向,又需要支持ALT Mode的相关测试,ALT Mode 包括DP、USB4.0, TBT等,相对于单一的PD电源产品,PD-HOST无论是从系统的复杂度还是协议的复杂度都比PD电源产品难度高很多,这也是为什么PD-HOST一直被台系和美系占据的原因之一。芯海能够从PD电源领域跨入到PD-HOST领域,是芯海对PD协议长期耕耘,在PD领域经过多年技术积累体现。

PD前景光明,芯海任重道远

芯海科技董事长卢国建曾在华为海思的前身华为ASIC部门工作多年,他深谙“板凳要坐十年冷”的道理,一款IC爆款产品的背后凝结的多年的潜心投入,PD3.1代表的是未来一个大市场,芯海科技能抓住了新兴大趋势也是长期投入的回报,今年上半年,某国产笔记本电脑成为黑马,芯海PD芯片获得海量订单,这是对创新者投入的激励,希望本土更多厂商布局长远,抓住未来大机遇!(完)

来源:电子创新网张国斌
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围观 8

气体传感器是一种将气体浓度、流量等指标转化为电信号的转换器,广泛运用在智能家居、汽车电子、工业控制、环境检测、医疗健康等领域,这些运用对于ADC性能及MCU可靠性要求极高。芯海科技(股票代码:688595)MCU内部ADC的INL小,同时内部时钟温漂可以控制在1%以内,非常适用于气体传感器。公司目前主推的MCU高性能系列CS32F031、CS32F030,高性价比CS32F036、CS32F035以及低功耗系列的CS32L010都是此类运用的明星产品。随着物联网和智能化浪潮的来临,芯海将重点发力推出新产品助力气体传感器。

“气体传感器典型框图"
气体传感器典型框图

气体传感器在日常生活无处不在,新冠疫情期间发挥救命稻草作用的呼吸机和制氧机,对患者吸入氧气的氧浓度进行检测,保障患者的正常供氧;家用智能燃气热水器对一氧化碳、燃气两种危险气体进行监控报警,防止由于气体不完全燃烧造成人体中毒;空气净化器对甲醛、PM2.5以及二氧化碳空气质量进行提醒,帮助用户时刻监控多重有害气体......以上场景无一不和各类气体传感器息息相关。

“空气净化器"
空气净化器
图片来源:泰拉蒙 https://item.jd.com/10031281900118.html

选择气体传感器时最为关注的是灵敏度、分辨率、稳定性以及可靠性,其中稳定性和可靠性是长期稳定高精度检测气体浓度最为关键的指标,这对于MCU的ADC性能以及MCU可靠性要求极高。芯海科技(股票代码:688595)高性能32位MCU系列M0系列产品内部集成了高精度SAR ADC,具备高可靠性来保障气体传感器的各项关键指标。

“芯海科技M0系列MCU"
芯海科技M0系列MCU

高精度ADC,为传感器稳定性添砖加瓦

气体传感器的稳定性主要依赖于ADC的两个关键指标,一是INL,二是内部基准的温漂。气体传感器上电时刻对ADC的稳定性采样要求极高,每个传感器必须确保在重复上下电实验中对于某个固定电压检测的跳码不超过一定范围,这就要求ADC的INL很小。ADC最终性能的好坏取决于INL,因为INL是无法被校准的。芯海在ADC产品上有18年的模拟积累,采用独特的Chipsea SAR架构,可以将INL降到2LSB左右,处于国内领先水平。

“芯海科技ADC-INL历史演进"
芯海科技ADC-INL历史演进

同时芯海MCU内部的基准温漂小,所有出厂的芯片都会经过校准,进一步保证ADC在采样的一致性。因此,芯海MCU内部ADC的有效位一般会高于国内同行1-2bit,是运用在气体传感器上较佳的方案。

“芯海MCU-ADC性能
芯海MCU-ADC性能 VS 某国产品牌

高性能MCU,为传感器可靠性保驾护航

气体传感器经常需要在户外环境下用串口或者PWM接口进行数据通讯,温差大,这对MCU的可靠性提出了严格要求。芯海的每片MCU出厂前都经过110℃高温测试,确保105℃下可靠工作。同时通过抗温漂设计,CS32F03X的内部时钟温漂可以控制在1%以内,高于国内同行的5%精度,满足UART在宽温度及宽供电电压范围内的稳定通讯,并有效减少时钟漂移带来的测量误差。芯海高性能MCU保障气体传感器数据的高可靠性传输。

“芯海MCU-8MHz内部时钟漂移VS温度VS供电电压"
芯海MCU-8MHz内部时钟漂移VS温度VS供电电压

不断迭代MCU产品助力气体传感器发展

芯海现阶段适用于气体传感器的MCU产品包括CS32F031、高性价比的CS32F036及低功耗系列的CS32L010。目前正在研发的032平台以及003平台将在保障ADC高精度以及MCU高性能的基础上进一步帮助客户提高性价比。芯海也同步在开发专门适用于气体传感器的MCU。

来源:芯海科技
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