引言

電信設(shè)備制造商一直在被迫提高其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，并給系統(tǒng)增加各種功能。同時(shí)，這些設(shè)備制造商還面臨著降低系統(tǒng)總體功耗的壓力。例如，一種典型的挑戰(zhàn)是，通過重新調(diào)度工作流程，將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未得到充分利用的服務(wù)器上，以使其他服務(wù)器能夠停機(jī)，以此降低總體功耗。為了滿足這些要求，了解最終用戶設(shè)備的功耗是必不可少的。而恰當(dāng)設(shè)計(jì)的數(shù)字電源管理系統(tǒng) (Digital Power Management System - DPSM) 可向用戶提供功耗數(shù)據(jù)，以幫助用戶做出明智的能源管理決策。

DPSM 的主要好處是降低設(shè)計(jì)成本，加速產(chǎn)品上市。憑借一種全面和具備簡(jiǎn)便易用的圖形用戶界面 (GUI) 的開發(fā)環(huán)境，可以高效率開發(fā)復(fù)雜的多軌系統(tǒng)。這類系統(tǒng)可通過 GUI 而不是焊接“白色導(dǎo)線”定位點(diǎn)來做出更改，因此還可簡(jiǎn)化在線測(cè)試 (ICT) 和電路板調(diào)試。另一種好處是，由于有實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)可用，所以可預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)故障，采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具備數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計(jì)師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，以最低的負(fù)載點(diǎn)、電路板、機(jī)架甚至安裝級(jí)能耗，滿足目標(biāo)性能 (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率 ... 等等) 要求，從而降低基礎(chǔ)設(shè)施成本以及產(chǎn)品整個(gè)壽命期的總體擁有成本。

很多電信系統(tǒng)是通過 48V 背板供電的。這一電壓通常會(huì)降壓至更低的中間總線電壓，典型值為 12V 至 3.3V，以給系統(tǒng)中一架一架的電路板供電。不過，這些電路板上的大多數(shù)子電路或 IC 都需要在數(shù)十毫安至數(shù)百安培電流時(shí)，在不到 1V 至 3.3V 的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。因此，需要用負(fù)載點(diǎn) (POL) DC/DC 轉(zhuǎn)換器將中間總線電壓降至子電路或 IC 所要求的電壓。這些電壓軌對(duì)排序、電壓準(zhǔn)確度、裕度和監(jiān)察有嚴(yán)格的要求。

在一個(gè)電信系統(tǒng)中，可能有多達(dá) 50 個(gè) POL 電壓軌，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要用一種簡(jiǎn)便的方法管理這些電壓軌，管理其輸出電壓、排序和最大可允許電流。某些處理器要求其 I/O 電壓在內(nèi)核電壓上升之前上升，而某些 DSP 則要求其內(nèi)核電壓先于 I/O 電壓上升。斷電排序也是必要的。設(shè)計(jì)師需要簡(jiǎn)便的更改方法，以優(yōu)化系統(tǒng)性能，存儲(chǔ)每個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的具體配置數(shù)據(jù)，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作。

此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師還需要相對(duì)簡(jiǎn)便易用的電源轉(zhuǎn)換器，以滿足電路板上其他各種電源軌的要求，但是可用來放置這些轉(zhuǎn)換器的電路板面積卻在不斷減少。部分原因是，無法將這類轉(zhuǎn)換器安裝到電路板背面，因?yàn)樵跈C(jī)架式系統(tǒng)中，多個(gè)電路板是一個(gè)挨一個(gè)放置的，所以設(shè)計(jì)師受到組件最大高度為 2mm 的限制。設(shè)計(jì)師真正喜歡使用的是外形尺寸很小的完整電源，且安裝到印刷電路板 (PCB) 后，其高度不超過 2mm。

解決方案

凌力爾特的微型模塊 (µModule^®) 產(chǎn)品是完整的系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 解決方案，可最大限度節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，解決通信系統(tǒng)中常見的電路板空間和密度等問題。這些 µModule 產(chǎn)品是完整的電源管理解決方案，在緊湊的表面貼裝 BGA 或 LGA 封裝中，集成了 DC/DC 控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容器、補(bǔ)償組件以及電感器。用凌力爾特的 µModule 產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可顯著節(jié)省完成設(shè)計(jì)流程所需的時(shí)間，視設(shè)計(jì)復(fù)雜性的不同而不同，最多可節(jié)省 50% 的時(shí)間。凌力爾特的 µModule 系列將組件選擇、優(yōu)化、布局等設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)從設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)移到了器件上，從而縮短了總體設(shè)計(jì)時(shí)間和系統(tǒng)排故時(shí)間，最終可加速產(chǎn)品上市。

凌力爾特的 µModule 解決方案在緊湊和類似 IC 的封裝中，集成了分立式電源、信號(hào)鏈路以及隔離式設(shè)計(jì)中常見的關(guān)鍵組件。µModule 產(chǎn)品系列經(jīng)過凌力爾特嚴(yán)格的測(cè)試和高可靠性驗(yàn)證，簡(jiǎn)化了電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程和布局。

µModule 產(chǎn)品系列適用于多種應(yīng)用，包括負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器、電池充電器、LED 驅(qū)動(dòng)器、電源系統(tǒng)管理 (采用數(shù)字技術(shù)管理的 PMBus 電源)、隔離式轉(zhuǎn)換器。凌力爾特的 µModule 電源產(chǎn)品是高集成度解決方案，每一款器件都有 PCB Gerber 文件可用，這些器件解決了時(shí)間和空間受限的問題，同時(shí)提供高效率和可靠性，而且指定產(chǎn)品可用來構(gòu)成符合 EN55022 Class B 標(biāo)準(zhǔn)要求的低 EMI 解決方案。

系統(tǒng)復(fù)雜性提高和設(shè)計(jì)周期縮短導(dǎo)致大量消耗設(shè)計(jì)資源，因此關(guān)注點(diǎn)落在了系統(tǒng)關(guān)鍵知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開發(fā)上。這意味著，在開發(fā)過程中，電源常常被放在一邊，直到很晚才會(huì)考慮電源問題。由于時(shí)間所剩無幾，而且專門的電源設(shè)計(jì)資源也許很有限，因此要設(shè)計(jì)出占板面積最小的高效率解決方案，同時(shí)還有可能要利用 PCB 背面以最大限度提高空間利用率，都會(huì)使設(shè)計(jì)師面臨不小的壓力。

這正是 µModule 穩(wěn)壓器能夠完美解決的問題，µModule 概念從內(nèi)部看很復(fù)雜，從外部看很簡(jiǎn)單，能夠提供開關(guān)穩(wěn)壓器那樣的高效率和線性穩(wěn)壓器那樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便性。設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)，精心設(shè)計(jì)、PCB 布局和組件選擇是非常重要的，很多經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師在職業(yè)生涯早期，都聞到過那種獨(dú)特的電路板燒焦的味道。在時(shí)間有限或電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限時(shí)，現(xiàn)成的 µModule 穩(wěn)壓器有助于節(jié)省時(shí)間，減小項(xiàng)目失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

凌力爾特最新的超薄 µModule 解決方案是 LTM4622。這是一款雙通道 2.5A 或單通道、兩相 5A 輸出降壓型電源穩(wěn)壓器，采用 6.25mm x 6.25mm x 1.8mm 超薄 LGA 封裝。該器件的高度接近已焊好的 1206 外殼尺寸的電容器，可以貼裝在電路板正面。這樣的高度使該器件能夠滿足嚴(yán)格的高度限制，例如嵌入式計(jì)算系統(tǒng)中的 PCIe 和先進(jìn)的 Mezzanine 板卡所要求的高度，如下圖 1 所示。

圖 1：LTM4622 可安裝在 PCB 的背面

凌力爾特的 µModule DC/DC 穩(wěn)壓器還可用來簡(jiǎn)便地提供大功率和 DPSM 功能。因?yàn)槎鄠�(gè) µModule 穩(wěn)壓器可以并聯(lián)，憑借精確的電流匹配 (相互之間的不匹配度標(biāo)稱值在 1% 以內(nèi)) 提供更大的負(fù)載電流，所以出現(xiàn)熱點(diǎn)的可能性降低了。此外，在并聯(lián)的 µModule 穩(wěn)壓器中，只需有一個(gè)具備 DPSM 功能即可，因?yàn)檫@個(gè) µModule 穩(wěn)壓器可以提供完整的數(shù)字接口，即使其余的 µModule 器件不具備 DPSM 功能也沒有關(guān)系。圖 2 顯示了一個(gè) LTM4677 (36A DPSM µModule 穩(wěn)壓器) 與 3 個(gè) LTM4650 (50A µModule 穩(wěn)壓器) 并聯(lián)的應(yīng)用原理圖，這是一款電流超過 180A 的 DPSM POL 解決方案。

圖 2：1 個(gè) LTM4677 DPSM µModule 和 3 個(gè) LTM4650 µModule 穩(wěn)壓器并聯(lián)，輸入的標(biāo)稱值為 12V，輸出為 186A、1V。

結(jié)論

今天的通信系統(tǒng)如果采用具備 DPSM 功能和超薄封裝的穩(wěn)壓器，電源設(shè)計(jì)師就能夠以簡(jiǎn)便、強(qiáng)大的方法，為標(biāo)稱 1.0V 的內(nèi)核電壓提供大功率輸出，例如低于 20nm 的最新 ASIC、GPU 和 FPGA 中常見的內(nèi)核電壓。憑借安裝到電路板上以后高度不到 2mm 的超薄封裝，LTM4622 允許使用電路板背面的空間，如果不是這樣的超薄封裝，就無法利用電路板的背面。這不僅節(jié)省了昂貴的 PCB 空間，還由于整體工作效率提高而降低了冷卻要求。

最后，在這類環(huán)境中使用 µModule 穩(wěn)壓器很有意義，因?yàn)?µModule 穩(wěn)壓器可以顯著節(jié)省調(diào)試時(shí)間，允許極大地提高電路板利用率。這降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本以及產(chǎn)品整個(gè)壽命期的總體擁有成本。