Målgrupp: Ansvariga för hårdvaruteknik, OEM-firmwarearkitekter samt compliance-ingenjörer som måste validera PMIC-valet och spänningsmatningsarkitekturen för en läs-pennas SKU innan massproduktion godkänns. Sekundärt: kraftintegritetsingenjörer som simulerar dynamisk last.
En turkisk distributör kontaktade oss i mitten av 2025 eftersom hans Q6-pennor hade 14 % ljudbortfall i fält. Bortfallet varade i 200–400 ms när pennan gick från aktiv uppspelning till standby. Vi tog in 12 enheter, mätte ljudförstärkarens matningsspänning och fann ett transientunderskott på 320 mV på 3,3 V LDO:n för ljud under standby-övergången. PMIC:ens LDO hade en toppström på 200 mA, men klass-D-förstärkaren drog 240 mA i burst-läge. Lösningen: en bulkkondensator på 22 µF på ljudrailen, vilket höjde den dynamiska responsen för att klara 240 mA-burstar. Varje läs-penna (B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6) är uppbyggd kring en specifik PMIC-topologi, och den här guiden går igenom hur PMIC-valet kopplas till dynamiskt lastbeteende, viloström och övergripande kraftarkitektur.
1. De tre PMIC-familjerna i katalogen
Vi använder tre PMIC-familjer i katalogen. Ekonominivån (B1, B2, P2) använder en single-chip integrerad PMIC med inbyggd linjär laddare, enkel LDO och en 200 mA buck. Mitt val (F8, K7, KF1, Q6, Q8) använder en diskret buck-regulator plus en fristående LDO för ljudrailen, plus en separat fuel-gauge-IC. Premium-nivån (L5, T2, Y6) använder en multi-rail-PMIC med fyra oberoende styrda rails: ljudrail, sensorrail, radiorail och always-on-rail.
Ekonomi-PMIC:en kostar $0,42 och kombinerar laddning, reglering och skydd i ett chip. BOM-besparingen jämfört med en diskret design är $0,18 per enhet. Kompromissen är att ekonomi-PMIC:en har en enda LDO, så ljudförstärkaren och OID-sensorn delar samma 3,3 V-rail. När OID-sensorn tänder sin LED sjunker railen med 80 mV och ljudförstärkaren ger ifrån sig en 1,2 mV-pop. Vi mildrar detta med ett ferrit-pärla mellan ljud- och sensorlasterna, men åtgärden är inte perfekt.
Den diskreta mittnivå-designen kostar $0,78 men separerar ljudrailen från sensorrailen. Separationen eliminerar pop över rails. Mittnivå-designen adderar också en fuel-gauge-IC som mäter cellens impedans och rapporterar laddningsstatus med 2,4 % noggrannhet, jämfört med 6,8 % noggrannhet i ekonomi-PMIC:ens spänningsbaserade fuel gauging.
Premium multi-rail-PMIC:en kostar $1,24 och har fyra oberoende styrda rails plus en 16-bitars ADC för krafttelemetri. De fyra rails är: en 3,3 V always-on-rail för RTC och wake-up-logik; en 1,8 V digital rail för MCU och DSP; en 3,3 V ljudrail med dynamisk spänningsskalning; samt en 2,8 V sensorrail för OID CIS. Varje rail kan aktiveras, sekvenseras och övervakas oberoende.
| SKU | PMIC-topologi | Kostnad | Viloström | Fuel gauge | Antal rails |
|---|---|---|---|---|---|
| B1 | Single-chip integrerad | $0,42 | 42 µA | Spänningsbaserad | 2 |
| B2 | Single-chip integrerad | $0,42 | 38 µA | Spänningsbaserad | 2 |
| F8 | Diskret buck + LDO | $0,78 | 85 µA | Spänningsbaserad | 3 |
| K7 | Diskret buck + LDO + gauge | $1,08 | 18 µA | Impedansbaserad | 3 |
| KF1 | Diskret buck + LDO + gauge | $1,08 | 18 µA | Impedansbaserad | 3 |
| L5 | Multi-rail-PMIC | $1,24 | 9 µA | Impedans + coulomb | 4 |
| P2 | Single-chip integrerad | $0,42 | 56 µA | Spänningsbaserad | 2 |
| Q6 | Diskret buck + LDO + gauge | $1,08 | 14 µA | Impedansbaserad | 3 |
| Q8 | Diskret buck + LDO + mätare | 1,08 $ | 14 µA | Impedansbaserad | 3 |
| T2 | Multi-rail PMIC | 1,24 $ | 11 µA | Impedans + coulomb | 4 |
| Y6 | Multi-rail PMIC | 1,24 $ | 12 µA | Impedans + coulomb | 4 |
2. Varför viloströmmen är viktigare än mAh
PMIC:ens viloström är det enskilt mest diagnostiska värdet i en läs pennas effektbudget. Det är den ström som PMIC:en drar från cellen när pennan är i hylläge (inget ljud, ingen BLE, ingen sensoraktivitet). En hög viloström tömmer cellen under frakt, lagring och tid i butikshyllan. I hela vårt sortiment spänner viloströmmen från 9 µA (L5) till 85 µA (F8). Vid 9 µA förlorar L5 0,078 mAh per hyll-timme, eller ungefär 5,6 % av sin kapacitet på 1 200 mAh över 90 dagar. Vid 85 µA förlorar F8 0,085 mAh per timme, eller ungefär 30 % av sin kapacitet på 600 mAh över 90 dagar. Siffran 30 % på F8 är den sämsta i sortimentet och förklarar varför F8 har en högre andel defekta vid uppackning (DOA). I våra fältdata från 2025 hade F8 en DOA-andel på 2,8 % jämfört med 0,6 % för L5. Vi skickade ut en firmwareuppdatering i 3.1.2 som helt stänger av BLE-radion när pennan är i hylläge; DOA-andelen sjönk till 1,4 % i kohorterna efter uppdateringen.
3. Dynamisk spänningsskalning på ljudrälen
Premium-SKU:erna (L5, T2, Y6) implementerar dynamisk spänningsskalning (DVS) på ljudrälen. Klass-D-förstärkarens uteffekt varierar med ljudinnehållet; under lugna partier (mellan meningar i en ljudbok) kan förstärkaren sänka matningen till 1,6 V utan hörbar kvalitetsförlust. Under toppar (en hög ljudeffekt eller ett skriande ord) måste förstärkaren återgå till 3,3 V inom 200 µs för att undvika klippning.
PMIC:en implementerar DVS genom en closed-loop-styrning av ljud-LDO:en. Ljud-DSP:n samplar utgångstoppen var 4 ms och begär en spänningsändring från PMIC:en via ett I²C-gränssnitt. PMIC:en justerar LDO:ens referensspänning med ett steg om 10 mV och en slew rate på 2 ms. Resultatet är en genomsnittlig ljudrälsspänning på 2,4 V under typisk ljudboksuppspelning, jämfört med fasta 3,3 V på SKU:erna utan DVS. Energibesparingen är 27 % på ljudrälen, eller 8–12 % av systemets totala effektförbrukning vid typiskt innehåll.
DVS-algoritmen är inställd per SKU med en innehållsmedveten profil. L5:s ljudboksprofil använder en toppdetektor på 4 ms. T2:s musikprofil använder en toppdetektor på 1 ms för mer dynamiskt innehåll. Y6:s språkinlärningsprofil använder en toppdetektor på 16 ms eftersom språkinnehåll har mer tystnadspadding än ljudböcker.
Köpartips: Om ert butiksinnehåll domineras av ljudböcker med långa tystnadspauser, specificera DVS i PMIC:en. Energibesparingen på 8–12 % förlänger drifttiden på en L5-cell på 1 200 mAh från 8,5 timmar till 9,4 timmar, vilket kan avgöra om pennan överlever en långflygning utan att behöva laddas.
4. Rälssekvensering och uppstart
PMIC-rälssekvenseringen på premium-SKU:erna följer en strikt ordning: always-on-räls först, sedan digitalräls, sedan sensor-räls, sedan ljudräls. Sekvenseringen tar totalt 14 ms och styrs av PMIC:ens interna tillståndsmaskin. Anledningen till sekvenseringen är att förhindra att inströmmar orsakar en räls-kollaps. Om alla fyra rälsar startar samtidigt kan den sammanlagda inströmmen överstiga 1,2 A och utlösa ingångssäkringen på en 0,5 A-källa.
Mellansegmentets SKU:er använder en enklare tvårälssekvens: digitalräls först, sedan ljud- och sensor kombinerat. Sekvenseringen tar 8 ms. Budget-SKU:erna använder en enräls-design där allt startar samtidigt; inströmmen hanteras av ingångskondensatorn på USB-C-uttaget.
En vanlig fråga från OEM-köpare är om rälssekvenseringen kan anpassas. Svaret är ja på L5, T2 och Y6 via en registerkonfiguration; nej på de övriga SKU:erna eftersom sekvenseringen är hårdkodad i PMIC:ens firmware. Vi har genomfört anpassad rälssekvensering för en OEM-köpare som behövde att sensor-rälsen startar före digitalrälsen; anpassningen tog 4 veckor.
5. Strömrälsbrus och ljudprestanda
Brusgolvet på ljudrälsen är en kritisk prestandamätning för PMIC:en. En brusig LDO injicerar switchrippel i ljudförstärkaren, vilket förstärkaren återger som ett 1 kHz till 100 kHz-väsande. Vi mäter ljudrälsbrus på varje produktionsbatch med ett oscilloskop med 20 MHz bandbredd. Målet är under 24 µV RMS för premium-SKU:erna och under 60 µV RMS för mellansegmentets SKU:er.
| SKU | Ljudrälsbrus (RMS) | Ljud-SNR | Hörbart väsande |
|---|---|---|---|
| B1 | 92 µV | 84 dB | Milt |
| B2 | 92 µV | 84 dB | Milt |
| F8 | 64 µV | 88 dB | Milt |
| K7 | 38 µV | 92 dB | Inget |
| KF1 | 38 µV | 92 dB | Inget |
| L5 | 18 µV | 96 dB | Ingen |
| P2 | 88 µV | 84 dB | Mild |
| Q6 | 24 µV | 94 dB | Ingen |
| Q8 | 22 µV | 94 dB | Ingen |
| T2 | 16 µV | 96 dB | Ingen |
| Y6 | 18 µV | 96 dB | Ingen |
De premium SKU:erna använder en LDO med lågt brus och 18 µV RMS-brusgolv, under tröskeln för mänsklig hörsel vid typisk högtalaruppspelning. Mellansegmentets SKU:er använder en standard-LDO med 24–38 µV brus, ohörbart på de flesta ljud men detekterbart på renton-testsignaler. Ekonomi-SKU:erna använder en LDO med högre brus, 88–92 µV, vilket ger ett svagt sus på tysta partier.
6. Soft-start och begränsning av inströmsström
Varje PMIC i katalogen implementerar soft-start för att begränsa inströmsströmmen när pennan ansluts. Soft-start:en rampar railsspänningen från 0 V till målspänningen över 8 ms på ekonomi-SKU:erna, 12 ms på mellansegmentet och 16 ms på premium. Den längre soft-start:en på premium-SKU:erna är avsiktlig, eftersom multi-rail-PMIC:en måste sekvensera fyra rails, och varje rails soft-start kan inte vara kortare än rail-för-rail-förskjutningen.
Inströmsströmmen på ekonomi-SKU:erna är begränsad till 320 mA topp, under USB-standarder:ens BC1.2 standardströmgräns på 500 mA. Mellansegmentets SKU:er begränsar inströmmen till 480 mA, strax under USB BC1.2-gränsen. Premium-SKU:er begränsar inströmmen till 720 mA, vilket kräver en USB-C-källa som kan leverera 5 V/1,5 A. Om en premium-SKU ansluts till en USB-C-källa som endast kan leverera 500 mA kommer inströmmen att utlösa källans strömgräns och pennan kommer inte att starta. Vi dokumenterar detta i användarmanualen och rekommenderar att köpare av premium-SKU:er använder en USB-C-källa som är klassad för 1,5 A eller högre.
7. Strömtelemetri och I²C-gränssnittet
Premium-SKU:erna (L5, T2, Y6) exponerar en 16-bitars ADC över I²C som rapporterar spänning per rail, ström per rail och celltemperatur. MCU:n läser telemetrin var 100:e ms och skriver den till flash-loggen. Flash-loggen kan exporteras över USB för fältdiagnostik. Vi använder denna telemetri i vårt fabriksburn-in-test för att validera PMIC:en över 168 timmars kontinuerlig drift.
Mellansegmentets SKU:er exponerar en enskild railsspänning över I²C, men ingen strömmätning. Ekonomi-SKU:erna exponerar ingen telemetri alls; de förlitar sig på LED-indikatorn för laddningsstatusrapportering. För OEM-köpare som kör fleet management rekommenderar vi starkt att specificera premium-PMIC:en så att strömtelemetri per penna är tillgänglig.
8. Val av PMIC-leverantör och second sourcing
Vi använder tre PMIC-leverantörer i katalogen. Ekonomisegmentet använder en kinesisk inhemsk leverantör som vi har arbetat med sedan 2019. Mellansegmentet använder en Tier-1 taiwanesisk leverantör, kvalificerad 2021. Premium-Segmentet använder en Tier-1 amerikansk leverantör, kvalificerad 2020. Alla tre leverantörer har granskats årligen i 5 år, med second-source-kvalificering på de Tier-1 taiwanesiska och amerikanska leverantörerna.
Second-source-kvalificeringen hos den premium amerikanska leverantören tog 24 veckor: 4 veckors databladsgranskning, 4 veckors bankvalidering, 8 veckors accelererad livslängdstestning, 4 veckors EMI/EMC-förcompliance och 4 veckors drop-in-kompatibilitetstestning på en pilotbatch. Second-source-PMIC:en används i T2-produktion sedan Q3 2025 och är kvalificerad för L5- och Y6-produktion under Q1 2026.
9. PMIC-tillförlitlighet och långtidsdrift
PMIC:ens viloström ökar över tid på grund av transistorläckage i den analoga domänen. Vi mäter drift på en 12-månaderscykel över alla tre PMIC-leverantörer och ser under 1,2 µA per år, vilket innebär att en L5 med 9 µA initial viloström hamnar på 10,2 µA efter 12 månader. Driften är tillräckligt liten för att vi inte kompenserar i firmware.
LDO:ns lastreglering driver över tid åt motsatt håll (bättre) på grund av kondensatoråldring. Vi mäter lastreglering vid 0, 6 och 12 månader på 12 enheter per lot. Driften ligger under 0,4 % per år, väl inom designmarginalen på 2 %.
10. 12-månaders färdplan för PMIC-teknik
Vi följer tre PMIC-förbättringar som kommer att lanseras i katalogen före Q4 2026. Först, en PMIC med 5 µA viloström för en framtida premium-SKU som kommer att förlänga hållbarheten i shelf-läge utöver 180 dagar. För det andra, ett integrerat trådlöst laddningsingångssteg på en Qi 1.3-kompatibel framtida SKU, som väntas lägga till 1,80 USD på BOM:en. För det tredje, en AI-driven DVS-algoritm som förutsäger ljudinnehållstoppar med hjälp av ett litet återkopplat neuralt nätverk på ljud-DSP:n, vilket vi förväntar oss ska pressa ljudslingsens strömbesparing från 27 % till 41 %.
Vi kommer att publicera en uppföljningsrapport efter att 5 µA-PMIC:en har levererats i fälttester. Under tiden är PMIC-arkitekturen i vår katalog mogen, välvaliderad och välstödd, och vi bjuder in alla OEM-köpare med ett anpassat strömskenkrav att kontakta vårt ODM reading pens team för en feasibility-genomgång.
Relaterad läsning
- Reading Pen Power Management and Runtime Optimization
- Reading Pen Battery Cycle Life and Capacity Fade
- Reading Pen Charger IC and Charge Profile
- Reading Pen Type-C Charging PD QC BC1.2 Explained
- Reading Pen Class D Audio Amplifier Design
- Reading Pen Battery Lithium Polymer Safety
- Reading Pen Energy Star and Low Power Standby
- Reading Pen PCB Design and EMC Compatibility