但是，這些電路板上的大部分子電路或IC都需要在3.xV到低至0.5V的電壓范圍內工作，且電流從幾十毫安到幾百安培不等。因此，要從這些較高的母線(xiàn)電壓降至子電路或IC所需的較低電壓，必須使用負載點(diǎn)(PoL) DC/DC轉換器。除了這本身的難度外，這些電軌還有嚴格的時(shí)序、電壓精度、裕量和監控要求也需要考慮！

 

動(dòng)態(tài)黑色音符

 

由于通信設備中可能有數百個(gè)PoL電壓軌，系統架構師需要通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)管理這些電軌的輸出電壓、時(shí)序和最大允許電流。如今的許多深亞微米IC數字處理器要求它們的I/O電壓在其內核電壓之前升高。另一方面，許多DSP要求它們的內核電壓在I/O之前得到提升。此外，關(guān)斷時(shí)序也是必不可少的。因此，系統架構師需要通過(guò)一種輕松的方法來(lái)進(jìn)行更改以?xún)?yōu)化系統性能，并為每個(gè)DC/DC轉換器存儲特定的配置，以便簡(jiǎn)化設計工作。

 

而且，大多數通信設備制造商都在壓力的驅使下提高其系統的數據吞吐率和性能，以及添加更多的功能和特性。同時(shí)，他們也面臨著(zhù)降低系統總功耗的壓力。例如，常見(jiàn)的挑戰包括，為了降低總功耗，需要重新安排工作流程并將作業(yè)轉移到未充分利用的服務(wù)器，從而使其他服務(wù)器能夠關(guān)閉。要滿(mǎn)足這些需求，了解終端用戶(hù)設備的功耗是非常必要的。因此，經(jīng)過(guò)恰當設計的數字電源管理系統(DPSM)可以向用戶(hù)提供功耗數據，幫助做出明智的能源管理決策。

 

DPSM的一個(gè)主要優(yōu)勢是降低了設計成本并縮短了上市時(shí)間。要高效地開(kāi)發(fā)復雜的多軌系統，可以使用具有直觀(guān)圖形用戶(hù)界面(GUI)的全面開(kāi)發(fā)環(huán)境。此類(lèi)系統支持通過(guò)GUI進(jìn)行更改，而不是焊接修復白線(xiàn)，因此也簡(jiǎn)化了電路內測試(ICT)和電路板調試。另一個(gè)優(yōu)勢是可以通過(guò)提供的實(shí)時(shí)遙測數據預測電源系統故障并采取預防措施。也許最重要的是，具有數字管理功能的DC/DC轉換器允許設計人員開(kāi)發(fā)符合目標性能（計算速度、數據速率等）的綠色電源系統，且最大限度地減少在負載點(diǎn)、電路板、機架甚至安裝層面上使用的能源，從而降低基礎設施成本和產(chǎn)品使用壽命周期的總擁有成本。畢竟，數據中心最大的運營(yíng)成本是用于為冷卻系統供電的電力成本，目的是使數據中心內部低于其預定的最佳運行溫度。

 

此外，系統架構師仍然需要使用一些相對簡(jiǎn)單的功率轉換器來(lái)滿(mǎn)足電路板上的各種其他供電軌的要求，但放置這些供電軌的電路板面積在不斷縮小。其部分原因是無(wú)法將這些轉換器裝在電路板底部，因為機架安裝配置中有多個(gè)電路板并排放置，迫使其最大組件高度限制為2mm。他們真正想要的是一個(gè)小尺寸的完整電源，安裝到印刷電路板(PCB)后不超過(guò)2mm。幸運的是，這種解決方案確實(shí)存在，本文將進(jìn)行更詳細的討論。

 

轉換器解決方案

 

ADI公司的Power by Linear™ μModule®穩壓器是完整的系統化封裝(SiP)解決方案，可最大限度地縮短設計時(shí)間，解決通信系統中常見(jiàn)的電路板空間和功率密度問(wèn)題。這些μModule產(chǎn)品是完整的電源管理解決方案，在緊湊型表貼BGA或LGA封裝內集成DC-DC控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容、補償組件和電感。利用Power by Linear μModule產(chǎn)品進(jìn)行設計可以將完成設計過(guò)程所需的時(shí)間減少多達50%，具體取決于設計的復雜程度。此μModule穩壓器系列將元件選型、優(yōu)化和布局等設計負擔從設計人員轉移到器件上，從而縮短整體設計時(shí)間，減少系統故障，最終加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

 

這些μModule解決方案將分立式電源、信號鏈和隔離設計中常用的關(guān)鍵元件集成在緊湊的IC式外形尺寸中。在Power by Linear嚴格的測試和高可靠性流程的支持下，我們的μModule產(chǎn)品系列簡(jiǎn)化了電源管理和功率轉換的設計和布局。此產(chǎn)品系列涵蓋了廣泛的應用，包括負載點(diǎn)穩壓器、電池充電器、DPSM產(chǎn)品（PMBus數字管理電源）、隔離式轉換器和LED發(fā)光二極管驅動(dòng)器。作為高集成度解決方案且每個(gè)器件都提供PCB Gerber文件，這些μModule功率調節器可在滿(mǎn)足時(shí)間和空間限制的同時(shí)提供高效率和高可靠性。此外，我們許多較新的產(chǎn)品還可實(shí)現符合EN55022B類(lèi)標準的低EMI解決方案。這讓系統設計人員能夠確信終端系統將滿(mǎn)足嚴格的噪聲性能判據，從而符合最終系統必須滿(mǎn)足的許多抗噪行業(yè)標準。

 

動(dòng)態(tài)黑色音符

 

再者，隨著(zhù)設計資源因為系統復雜性的提高和設計周期的縮短而變得緊張，關(guān)注重點(diǎn)落在了系統關(guān)鍵知識產(chǎn)權的開(kāi)發(fā)上。這常常意味著(zhù)電源被放到一邊，直到開(kāi)發(fā)周期的后期才被顧及。由于時(shí)間很短，而且專(zhuān)業(yè)電源設計資源可能有限，因此迫切需要開(kāi)發(fā)出尺寸盡可能小的高效率解決方案，同時(shí)要對PCB的反面加以運用，使空間利用率最大化。

 

這是μModule穩壓器可以提供理想解決方案的關(guān)鍵領(lǐng)域。此概念內部復雜，但外部簡(jiǎn)單——既有開(kāi)關(guān)穩壓器的效率，又有線(xiàn)性穩壓器的易設計性。認真負責的設計、PCB布局和元件選擇對于開(kāi)關(guān)穩壓器設計非常重要，很多經(jīng)驗豐富的設計人員在職業(yè)生涯的早期聞到了電路板燃燒的獨特香味。當時(shí)間短或電源設計經(jīng)驗不足時(shí)，現成的μModule穩壓器既可節省時(shí)間和空間，又可降低項目風(fēng)險。

 

超薄μModule解決方案的一個(gè)最新范例是LTM4622。這是一個(gè)雙2.5A或兩相單5A輸出降壓型功率調節器，采用6.25 mm × 6.25 mm × 1.8 mm超薄LGA封裝。其超薄高度接近1206外殼尺寸的焊接電容高度，允許安裝在電路板的頂部。超薄外形使它能夠滿(mǎn)足苛刻的高度限制，例如PCIe和嵌入式計算系統中的先進(jìn)夾層卡所要求的高度限制，如圖1所示。

 

圖1. LTM4622A可安裝在PCB的底部。

 

此外，我們最近還推出了 LTM4622A。作為L(cháng)TM4622的變體，此A版本具有1.5V至12V的較高輸出電壓，代替0.6V至5.5V的非A版本。這樣，如果終端系統需要，系統設計人員可以在較高端具有更寬的輸出電壓范圍。在任一情況下，輸入電壓范圍均為3.6V至20V。通過(guò)Power by Linear的μModule DC/DC穩壓器，也可輕松提供高功率和DPSM功能。由于許多μModule穩壓器可以在高負載電流下并聯(lián)并提供精確電流匹配（在各自1%的標稱(chēng)范圍內），它們可以減少出現熱點(diǎn)的可能性。此外，只有一個(gè)μModule穩壓器需要包含DPSM功能，因為即使其余并聯(lián)μModule器件沒(méi)有內置DPSM功能，它也可提供完整數字接口。

 

● 借助DPSM器件，系統設計人員可以執行許多不同的任務(wù)，包括：

 

● 通過(guò)數字通信總線(xiàn)配置電壓，定義復雜的開(kāi)/關(guān)時(shí)序布置，定義故障條件（如過(guò)壓和欠壓限值），設置重要的電源參數（如開(kāi)關(guān)頻率、電流限值等）。

 

● 在同一通信總線(xiàn)上，可以回讀重要的工作參數，如輸入電壓和輸出電壓、輸入和輸出電流、輸入和輸出功率、內部和外部溫度，以及在某些產(chǎn)品中測量所消耗的能源。

 

● 個(gè)人可以實(shí)現對設計的精確閉環(huán)裕量測試，并將電源電壓調整到非常精確的水平。

 

● 這些器件設計為自主式器件。一旦將它們配置好并應用輸入功率，它們就會(huì )對電源進(jìn)行定序，在負載點(diǎn)調節非常精確的電壓，在實(shí)施用戶(hù)可配置的故障管理方案的同時(shí)持續監控電壓和電流，并裝備非易失性故障記錄器，在檢測到故障時(shí)存儲有關(guān)電源系統的信息。

 

● DPSM器件可以級聯(lián)，以構建相干的大型電源系統。這是通過(guò)以有線(xiàn)速度運行的芯片間協(xié)調總線(xiàn)來(lái)實(shí)現的。

 

● 它們包括用于器件配置和故障記錄功能的內部NVM。

 

● 這些器件包含I2C/PMBus通信端口，并使用行業(yè)標準PMBus命令集控制并管理電源系統。

 

● 這些PSM器件都受到通用LTpower Play® GUI的支持。LTpowerPlay是工程級GUI，在開(kāi)發(fā)時(shí)考慮了電源系統的設計和調試，以及遠程客戶(hù)支持。

 

圖2相應地顯示了180A加DPSM PoL解決方案的一個(gè)LTM4677 （36A DPSM μModule穩壓器）和三個(gè) LTM4650（50A μModule穩壓器）并聯(lián)的應用原理圖。

 

圖2. 將一個(gè)LTM4677 DPSM μModule器件和三個(gè)LTM4650 μModule穩壓器相結合可在1V下從額定12V輸入提供186A。

 

結論

 

若在當今通信設備中采用DPSM功能和超薄外形功率轉換器件，電源設計人員便可通過(guò)簡(jiǎn)單而強大的方式將高功率輸出傳送到低至0.5V的核心電壓，且溫度范圍內的最大直流輸出誤差為±0.5%，可滿(mǎn)足最新亞20nm ASIC、GPU和FPGA等IC的需求。如果存在外形尺寸約束，則可以利用超薄外形的μModule穩壓器（例如LTM4622A），其安裝在電路板上后外形尺寸小于2mm，讓原本閑置的底部電路板空間派上用場(chǎng)。這不僅節省了寶貴的PCB面積，而且還因整體運行效率的提高減少了所需的冷卻量。

 

動(dòng)態(tài)黑色音符

 

最后，在通信設備中使用μModule穩壓器是很有意義的，因為它能顯著(zhù)縮短調試時(shí)間并提高電路板面積利用率。由此將能降低基礎設施成本，以及系統生命周期的總擁有成本。這對于設計和制造這種設備的公司以及在數據中心安裝并使用這種設備的公司來(lái)說(shuō)都是雙贏(yíng)的。

 

 

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