隨著SOC越來越復雜，包含的IP越來越多，單個SOC上實現了CPU, 射頻模塊，相機模塊，DDR控制模塊，外設等等功能。多種功能，多種IP也帶來了多檔電源的需求。同時為了滿足低功耗的挑戰，SOC通常被分為多個電源域，不同的電源域可以獨立的上下電。

為了滿足SOC對電源的需要，SOC內部一般會集成一個專門的電源管理單元(Power Magagement Unit, PMU).

典型的SOC芯片供電系統和內部電源管理單元如下圖所示：

PMIC(Power management IC): 電源管理集成電路，主要特點是高集成度，將擁傳統的多路輸出電源封裝在一顆芯片內，使得多電源應用場景高效率更高，體積更小。是SOC外部的電源管理芯片。一個SOC通常需要多顆PMIC.

PMU可以看作外部供電系統和內部功能單元之間的橋梁，在SOC中起著非常重要的作用。

1. 電源管理芯片(PMIC)

PMIC是power management IC的縮寫，中文是電源管理集成電路，主要特點是高集成度，將擁傳統的多路輸出電源封裝在一顆芯片內，使得多電源應用場景高效率更高，體積更小。版上的PMIC圖如下所示：

2. 電源管理單元(PMU)

1.1 什么是PMU

PMU: Power Management Unit.

PMU就是電源管理單元，一種高集成的、針對便攜式應用的電源管理方案，即將傳統分立的若干類電源管理芯片，如低壓差線性穩壓器(LDO)、直流直流轉換器(DC/DC)，但現在它們都被集成到手機的電源管理單元(PMU)中，這樣可實現更高的電源轉換效率和更低功耗，及更少的組件數以適應縮小的板級空間，成本更低。

很多地方，PMU等同于PMIC，但是這里討論的SOC外部的供電芯片是PMIC, SOC內部的電源管理單元被稱為PMU.

SoC處理器的PMU一般具備以下特性：

需要外部電源芯片提供多檔電源，或在某檔電源上施加較高的電流。原因在于SoC處理器通常要求其核心、I/O設備和存儲單元等獨立供電，而這些單元對電壓、電流、頻率等的要求通常各不相同。

應能為外部供電系統提供專用控制信號，通過PMU控制寄存器設定這些控制信號的狀態，實現實時軟件控制機

PMU的一些基本接口信號如系統復位、電源狀態指示信號等發生變化后，SOC處理器狀態將隨之改變。

PMU由內部DC／DC和PMu寄存器等構成，PMU為SOC的處理器，PLL, DDR, 圖像單元等供電。同時，PMU也利用電源管理總線(PMBus)控制外部供電系統。

PMU一些基本功能如下：

控制開關機，上電下電順序

輸入電源自動選擇切換

電池充電控制，電量檢測

按時序輸出電壓

輸出電壓過壓 欠壓 過流保護

每個輸出電壓的開關控制

動態調整CPU核心電壓

電池及IC溫度超溫保護

不同SOC的PMU實現的功能不同，但是SOC中PMU是低功耗電源域控制的關鍵部件。

1.2 DC/DC

DC: Direct Current 直流

DC/DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉換），只要符合這個定義都可以叫DC/DC轉換器.

DC/DC，表示的是將某一電壓等級的直流電源變換其他電壓等級直流電源的裝置。DC/DC按電壓等級變換關系分升壓電源和降壓電源兩類，按輸入輸出關系分隔離電源和無隔離電源兩類。例如車載直流電源上接的DC/DC變換器是把高壓的直流電變換為低壓的直流電。

1.3 動態電壓頻率調節（DVFS）

DVFS: Dynamic voltage and frequency scaling

DVFS 即動態電壓頻率調整，動態技術則是根據芯片所運行的應用程序對計算能力的不同需要，動態調節芯片的運行頻率和電壓(對于同一芯片，頻率越高，需要的電壓也越高)，從而達到節能的目的。

DVFS本質上是一種低功耗技術，目的是根據的芯片當時的實際功耗需要設定工作電壓和時鐘頻率，這樣可以保證提供的功率既滿足要求又不會性能過剩，從而可以降低功耗。

3. 電源管理總線（PMBus）

在供電要求較復雜的系統中,通常使用多個DC/ DC 轉換器來產生不同的半導體器件所需要的供電要求。導致一個明顯結果就是在產品設計、生產測試及日常使用的過程中,控制和監測這些電源將變得更加復雜。

目前,許多高性能DC/DC 轉換器仍然通過無源元件產生的模擬信號來進行控制。即使采用最先進的電源電路拓撲,也不得不使用外部的電位器和電容來調節諸如啟動時間、輸出電壓值及開關頻率等參數,而且這些參數不能隨時更改。

PMBus 是一種開放型標準的數字電源管理協議，可通過定義傳輸和物理接口以及命令語言來實現變換器與其他設備的通信。

PMBus 的傳輸層是基于低成本的SMBus (系統管理總線) 的1. 1 版本,這是個功能強健、符合工業現場應用標準的I2 C串行總線的版本,具有分組校驗和主機通知的功能。

PMBus 繼承了SMBus 的SMBAL ERT 信號,該信號可使從屬設備中斷系統主機對總線的控制,

此方式一方面減少了系統主機的負擔,使主機在大多數時間內進行閉環控制;另一方面比用專門的微控制器來查詢的方式更靈活。。此外, PMBus 協議將從屬設備的默認配置數據保存在永久性存儲器內或者在硬件上設置好, 在上電的過程中, 不需通過總線通信來得到初始配置信息, 縮短了啟動時間, 也減少了一部分總線數據傳輸。

典型的PMbus連接圖如下所示：

PMBus作為一種I2C的增強版本，在結構上和I2C很像，但是協議上做了很多增強。這里就不詳細描述，如果想了解的更清楚，最好的方法是去看PMBus的協議。

4. 后記

電源管理是SOC中比較偏門的知識，芯片設計一般有專門的人來進行PMU設計，一般的設計人員如果能了解一些基本的電源管理的知識和概念，對整個芯片和低功耗的設計會很有好處。