Dickson Electronics Corporation

Dickson Electronics Corporation — американская компания, специализирующаяся на разработке и производстве компонентов для управления питанием, в первую очередь — интегральных схем для преобразования напряжения, таких как умножители напряжения, стабилизаторы и драйверы светодиодов. Основана в 1965 году в городе Скоттсдейл (штат Аризона, США). Компания известна как изобретатель топологии зарядного насоса, названного «умножителем Диксона» (Dickson charge pump), который стал стандартным решением для формирования высоких напряжений в низковольтных устройствах.

История

Компания была основана в 1965 году инженером-электронщиком Джоном Ф. Диксоном (John F. Dickson) как небольшая лаборатория по разработке специализированных интегральных схем. Первоначально фирма занималась выпуском логических микросхем малой степени интеграции, но в 1970-х годах переключилась на силовую электронику. В 1976 году Джон Диксон опубликовал статью «On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using an improved voltage multiplier technique», в которой описал новую схему умножителя напряжения, впоследствии названную его именем. Эта разработка обеспечила компании лидирующие позиции в нише встроенных источников высокого напряжения.

В 1980-х годах Dickson Electronics расширила ассортимент, начав выпуск линейных стабилизаторов напряжения и драйверов для электролюминесцентных дисплеев. В 1990-х годах компания освоила производство микросхем для питания светодиодов, что стало основным направлением бизнеса в 2000-е годы. В 2018 году Dickson Electronics была приобретена корпорацией Microchip Technology (США), сохранив при этом собственный бренд и исследовательскую группу. В 2022 году компания объявила о выпуске серии микросхем с рабочим напряжением до 100 В для автомобильной промышленности.

Продукция

Основные продуктовые линейки Dickson Electronics включают:

• Умножители напряжения (charge pump IC) — интегральные схемы, реализующие топологию Диксона для генерации напряжений от 5 до 200 В из низковольтного источника (1,5–5 В). Применяются в устройствах с батарейным питанием, в измерительной технике, в системах управления MEMS-актюаторами.
• Линейные стабилизаторы напряжения (LDO) — низковольтные регуляторы с малым падением напряжения (dropout voltage), предназначенные для питания чувствительных аналоговых и цифровых схем.
• Драйверы светодиодов — микросхемы для управления мощными светодиодами в системах подсветки, автомобильной оптике и промышленном освещении. Отличаются встроенной защитой от перегрева и короткого замыкания.
• Специализированные микросхемы для автомобильной электроники — стабилизаторы и умножители, сертифицированные по стандарту AEC-Q100 (для работы при температурах от −40 до +125 °C).

Умножитель Диксона

Основная статья: Умножитель напряжения.

Умножитель Диксона (Dickson charge pump) — это схема преобразования постоянного напряжения, состоящая из каскадов, каждый из которых содержит диод и конденсатор. В отличие от классического умножителя Кокрофта — Уолтона, в схеме Диксона используются параллельные конденсаторы, переключаемые тактовыми сигналами, что позволяет достичь более высокого КПД при малых размерах кристалла. Типичное применение — формирование напряжения программирования (12–20 В) для флэш-памяти и EEPROM из напряжения питания 1,8–3,3 В.

Принцип работы

Каждый каскад умножителя Диксона состоит из диода (или транзистора, работающего в диодном включении) и конденсатора. На вход каскада подаётся тактовый сигнал (обычно прямоугольные импульсы с частотой от 100 кГц до 10 МГц). При низком уровне тактового сигнала конденсатор заряжается через диод от предыдущего каскада; при высоком уровне — напряжение на конденсаторе суммируется с напряжением тактового сигнала и передаётся на следующий каскад. За счёт последовательного сложения напряжений на выходе получается напряжение, равное \( V_{out} = (n+1) \cdot V_{in} - n \cdot V_{drop} \), где \( n \) — число каскадов, \( V_{drop} \) — падение напряжения на диоде. КПД схемы может достигать 90–95 % при оптимальной нагрузке.

Преимущества и недостатки

Преимущества умножителя Диксона: малая площадь кристалла (не требует катушек индуктивности), низкий уровень электромагнитных помех, возможность работы от низковольтного источника. Недостатки: ограниченная выходная мощность (обычно до 100 мА), зависимость выходного напряжения от нагрузки, необходимость в тактовом генераторе.

Применение

Продукция Dickson Electronics используется в следующих областях:

• Портативная электроника — смартфоны, планшеты, носимые устройства (умные часы, фитнес-трекеры) для питания дисплеев, датчиков и памяти.
• Автомобильная электроника — системы управления светодиодной оптикой, блоки управления двигателем, системы помощи водителю (ADAS).
• Промышленная автоматика — измерительные приборы, программируемые логические контроллеры, системы сбора данных.
• Медицинская техника — портативные диагностические устройства, слуховые аппараты, инсулиновые помпы.
• Интернет вещей (IoT) — датчики, беспроводные модули, устройства с автономным питанием.

Конкуренты

Основными конкурентами Dickson Electronics на рынке микросхем управления питанием являются компании Texas Instruments, Analog Devices, Maxim Integrated (входит в Analog Devices), ON Semiconductor, STMicroelectronics, NXP Semiconductors, а также специализированные производители зарядных насосов — Linear Technology (входит в Analog Devices) и Microchip Technology (материнская компания). В сегменте умножителей напряжения Dickson Electronics сохраняет долю около 15–20 % мирового рынка (по оценкам 2020 года).

Интересные факты

• Схема умножителя Диксона была впервые реализована на одном кристалле в 1976 году, что позволило встроить источник высокого напряжения непосредственно в микросхему памяти, упростив конструкцию и снизив стоимость.
• В 1980-х годах компания Dickson Electronics разработала первую микросхему драйвера для электролюминесцентного дисплея, используемого в автомобильных приборных панелях и бытовой технике.
• В 2015 году инженеры компании создали умножитель напряжения с КПД 97 % при выходной мощности 50 мВт — один из лучших показателей для данного класса устройств.
• Dickson Electronics является одним из немногих производителей, выпускающих умножители напряжения с рабочим напряжением до 200 В в корпусах для поверхностного монтажа (SMD).

Источники

• Dickson, J. F. «On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using an improved voltage multiplier technique». IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 11, no. 3, 1976, pp. 374–378.
• Microchip Technology. «Dickson Electronics — Power Management ICs». Официальный сайт, 2023.
• Gray, P. R., Hurst, P. J., Lewis, S. H., Meyer, R. G. «Analysis and Design of Analog Integrated Circuits». 5th ed., Wiley, 2009, Chapter 13.
• Texas Instruments. «Charge Pump Design Guide». Application Note, 2020.
• ON Semiconductor. «Charge Pump vs. Inductive Boost Converter». Application Note, 2019.