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Complément d’enquête iFixit ! 1er épisode : Les puces de gestion d’alimentation

C’est une enquête chronophage, qui requiert d’écouter à la fois son petit doigt et son expérience, de faire des recherches Google tordues, de scanner des applis ésotériques et de lire des fichiers de caractéristiques techniques à gogo. Son résultat : un simple paragraphe aux couleurs de l’arc-en-ciel dans une vue éclatée, bourré de données et qui vous en apprend un paquet sur le fonctionnement de votre gadget. C’est ce qu’on appelle l’identification des puces.

Puces identifiées lors de la vue éclatée du Samsung Galaxy S21 Ultra.

Pour la plupart des gens, le mot « puce » évoque le processeur (unité centrale de traitement ou CPU en anglais) ou éventuellement le processeur graphique (ou GPU en anglais). Cependant, les appareils électroniques actuels sont truffés de puces, chacune d’elle ayant sa tâche discrète à accomplir. Nous identifions la plupart d’entre elles sur les cartes mères et autres circuits que nous extrayons au cours de nos vues éclatées. Quelques-unes ont des noms éloquents : stockage flash, amplificateur audio, « modulateur 5G ». Mais ce n’est pas forcément le cas du « CI de gestion d’alimentation MAX77705C Maxim ».

Enquêtons donc sur quelques-uns des composants les moins transparents de la section identification des puces d’une vue éclatée iFixit. Nous allons commencer par les puces de gestion d’alimentation, parfois appelées circuits intégrés ou « CIs ». Nous nous pencherons sur les puces radio-fréquence (RF) dans un prochain article.

Notre exposé pédagogique se basera sur les puces du Samsung Galaxy S21 Ultra. C’est un téléphone moderne, avec un max de besoin en alimentation et connexion sans fil. L’intérieur de ce téléphone de Samsung vous en dira long sur ce qui se passe dans la plupart de nos gadgets.

CIs de gestion d’alimentation

Un smartphone peut faire un tas de choses : appels, textos, prise et visionnage de photos et de vidéos, jeu 3D via Wi-Fi avec une manette Bluetooth. Des sous-circuits (groupes de puces et composants) s’activent pour remplir toutes ces fonctions. Il y a des sous-circuits pour l’écran, le processeur, la connexion sans fil, le retour haptique. Ceux-ci nécessitent différentes quantités d’énergie, en continu ou sur demande. Ils sont donc reliés à des lignes de courant, comme les maisons d’une agglomération.

Schéma simplifié du flux de courant à travers un appareil portable (Arthur Shi).

« Circuit intégré de gestion d’alimentation » (PMIC en anglais) est un terme générique pour les puces qui stabilisent et régulent l’alimentation des sous-circuits pour un fonctionnement efficace et fiable. Le Galaxy S21 Ultra a des sous-circuits sans nombre, donc on trouve des CIs de gestion d’alimentation un peu partout sur la carte mère. Ils sont souvent fabriqués par Qualcomm, ON Semiconductor, Qorvo ou Maxim Integrated.

Voici les tâches plus spécifiques de certains d’entre eux :

Convertisseurs DC/DC : Buck et Boost

Fabricant populaire : Texas Instruments

Les appareils modernes comprennent des puces et circuits fonctionnant sous diverses tensions. Par exemple, un téléphone peut se charger via un câble USB fournissant 5 à 20 volts (V), une bobine sans fil avec jusqu’à 200 V de courant alternatif ou bien sa batterie lithium-ion à environ 3,8 V. Cependant, les petites puces qui font tourner les sous-sections d’un téléphone n’ont pas besoin d’autant de tension ; elles nécessitent souvent 3,3 ou 1,8 V. 

Les convertisseurs Buck baissent la tension disponible pour alimenter ces puces.

Les convertisseurs Boost, comme leur nom l’indique, font l’inverse et augmentent la tension. Ils alimentent par exemple des circuits spécifiques comme ceux du rétroéclairage, ou bien la bobine sans fil du S21 Ultra en cas d’inversion de la charge sans fil. 

Les vidéos ci-dessus expliquent le fonctionnement des circuits Buck et Boost pour produire une tension supérieure ou inférieure.

Régulateurs

Fabricants populaires : Texas Instruments, ON Semiconductor, Diodes Incorporated

old iPhone battery replacement

Quand les puces travaillent plus dur, elles utilisent plus de courant. Ceci peut faire défaillir la tension du circuit, créer une déstabilisation en cascade parmi les autres composants – un peu comme une panne de courant partielle, mais à minuscule échelle. Les CIs régulateurs minimisent les fluctuations du courant et veillent à le stabiliser. Ils font partie intégrante de la gestion d’alimentation de la batterie et des puces radio-fréquence. Mais ils ne sont pas parfaits.

Le cas le plus célèbre d’une régulation de tension délicate vous est peut-être familier : Le « batterygate » des iPhone. Apple a identifié le danger grandissant des anciens iPhone qui s’éteignaient même chargés. La batterie lithium-ion usée ne pouvait pas maintenir une tension de travail stable et les régulateurs n’arrivaient pas à suivre pour stabiliser le courant. Quand un tas de puces interconnectées ont besoin d’une tension constante pour fonctionner et qu’elles n’en disposent pas, elles tombent dans les pommes, comme une personne surmenée.

Régulateurs LDO

Fabricants populaires : STMicroelectronics, ON Semiconductor, Texas Instruments

Les régulateurs à faible chute de tension (LDO « low-dropout » en anglais) constituent une sous-catégorie de régulateurs. Ils maintiennent une tension de sortie seulement légèrement inférieure à celle d’entrée (d’où la dénomination « faible chute »). C’est un trait distinctif, mais important quand on conçoit une carte mère. Les régulateurs LDO font moins de bruit que les régulateurs « standard », mais irradient plus de chaleur.

Diagram pointing out the locations of many LDO power chips on the S21 Ultra boards.
Une vue détaillée des LDO sur un côté des cartes du S21 Ultra, mise à disposition par un membre de notre communauté Chunglin C.

Merci du fond du cœur à Chunglin C., membre de notre communauté, pour sa formidable contribution à cet article !

Avons-nous oublié un composant relatif à la gestion d’alimentation, au sujet duquel vous aimeriez avoir plus d’infos ? Demandez en commentaire !

À suivre ! Notre prochain épisode décryptera une autre catégorie de puces courantes : les composants radio-fréquence ou RF.

Crédits : Cet article a été écrit par notre rédacteur technique Arthur Shi et traduit par Claire Miesch.