許多通信系統(tǒng)通過48 V背板供電。該電壓通常降壓至較低的中間總線電壓，通常降至12 V、5 V甚至更低，以便為系統(tǒng)內的電路板機架供電。但是，這些電路板上的大多數(shù)子電路或IC都需要在3.x V至低至0.5 V的電壓范圍內工作，電流范圍從幾十毫安到幾百安。因此，負載點（PoL）DC-DC轉換器需要從這些較高的總線電壓降壓到子電路或IC所需的較低電壓。好像這本身還不夠困難，這些電源軌對排序、電壓精度、裕量和監(jiān)控也有嚴格的要求，這也需要考慮！

由于通信設備中可能有數(shù)百個PoL電壓軌，系統(tǒng)架構師需要一種直接的方法來管理這些電壓軌的輸出電壓、時序和最大允許電流。當今許多深亞微米IC數(shù)字處理器要求其I/O電壓先于內核電壓上升?；蛘?，許多DSP要求在I/O之前提高其內核電壓。此外，關斷時序也是必要的。因此，系統(tǒng)架構師需要一種輕松的方法來進行更改，以優(yōu)化系統(tǒng)性能，并存儲每個DC-DC轉換器的特定配置，以簡化設計工作。

此外，大多數(shù)通信設備制造商都在努力提高其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率和性能，以及添加更多功能和特性。同時，正在施加壓力以降低系統(tǒng)的整體功耗。例如，一個典型的挑戰(zhàn)是通過重新安排工作流并將作業(yè)移動到未充分利用的服務器來降低總體功耗，從而關閉其他服務器。為了滿足這些需求，了解最終用戶設備的功耗至關重要。因此，正確設計的數(shù)字電源管理系統(tǒng)（DPSM）可以為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而做出明智的能源管理決策。

DPSM 的一個主要優(yōu)點是降低設計成本并加快上市時間。使用具有直觀圖形用戶界面 （GUI） 的綜合開發(fā)環(huán)境，可以高效地開發(fā)復雜的多軌系統(tǒng)。此類系統(tǒng)還通過GUI進行更改，而不是焊接白線固定，從而簡化了在線測試（ICT）和電路板調試。另一個好處是，由于實時遙測數(shù)據(jù)的可用性，可以預測電力系統(tǒng)故障并采取預防措施。也許最重要的是，具有數(shù)字管理功能的DC-DC轉換器允許設計人員開發(fā)滿足目標性能（計算速度、數(shù)據(jù)速率等）的綠色電源系統(tǒng)，同時在負載點、電路板、機架甚至安裝級別以最低的能耗，從而降低基礎設施成本和產(chǎn)品生命周期內的總擁有成本。畢竟，數(shù)據(jù)中心最大的運營成本是用于為冷卻系統(tǒng)供電的電力成本，以保持數(shù)據(jù)中心內部低于其預定義的最佳工作溫度。

此外，系統(tǒng)架構師仍然需要一些相對簡單的電源轉換器來滿足其電路板上的各種其他電源軌，但放置它們的電路板面積不斷縮小。這部分是由于無法將這些轉換器安裝在電路板的底部，因為多個板并排放置在機架安裝配置中，因此對它們施加了 2 mm 的最大組件高度限制。他們真正想要的是一個小尺寸的完整電源，當安裝在印刷電路板（PCB）上時不超過2毫米。幸運的是，這樣的解決方案確實存在，本文將更詳細地討論。

轉換器解決方案

ADI公司的線性電源?μModule穩(wěn)壓器是完整的系統(tǒng)級封裝（SiP）解決方案，可最大限度地縮短設計時間，并解決通信系統(tǒng)中常見的電路板空間和功率密度問題。這些μModule產(chǎn)品是完整的電源管理解決方案，集成了DC-DC控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容、補償元件和電感器，采用緊湊的表面貼裝BGA或LGA封裝。使用線性μModule產(chǎn)品進行設計可以將完成設計過程所需的時間減少多達50%，具體取決于設計的復雜程度。該系列μModule穩(wěn)壓器將元件選擇、優(yōu)化和布局的設計負擔從設計人員轉移到器件，從而縮短整體設計時間和系統(tǒng)故障排除，并最終縮短上市時間。?

這些μModule解決方案將分立電源、信號鏈和隔離設計中常用的關鍵元件集成在一個緊湊的IC類外形中。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)品組合簡化了電源管理和轉換設計的設計和布局。該產(chǎn)品系列涵蓋廣泛的應用，包括負載點穩(wěn)壓器、電池充電器、DPSM 產(chǎn)品（PMBus 數(shù)字管理電源）、隔離式轉換器、電池充電器和 LED 驅動器。作為高度集成的解決方案，每個器件都提供PCB Gerber文件，這些μModule功率穩(wěn)壓器解決了時間和空間限制，同時提供了高效率和可靠性。此外，我們的許多新產(chǎn)品可實現(xiàn)符合EN 55022 B類標準的低EMI解決方案。這使系統(tǒng)設計人員確信終端系統(tǒng)將滿足嚴格的噪聲性能標準，以符合終端系統(tǒng)必須滿足的許多抗噪行業(yè)標準。

此外，隨著系統(tǒng)復雜性的增加和設計周期的縮短，設計資源變得捉襟見肘，重點落在了系統(tǒng)關鍵知識產(chǎn)權的開發(fā)上。這通常意味著電源被放在一邊，直到開發(fā)周期的后期。由于時間很少，而且專業(yè)電源設計資源可能有限，因此需要以盡可能小的尺寸提出高效率解決方案，同時利用PCB的底面以實現(xiàn)最大的空間利用率，這是巨大的壓力。

這是μModule穩(wěn)壓器可以提供理想解決方案的關鍵領域。這個概念內部很復雜，但外部很簡單——開關穩(wěn)壓器的效率和線性穩(wěn)壓器的設計簡單性。仔細的設計、PCB布局和元件選擇在開關穩(wěn)壓器的設計中非常重要，許多經(jīng)驗豐富的設計人員在職業(yè)生涯的早期就聞到了燃燒電路板的獨特香氣。當時間緊迫或電源設計專業(yè)知識有限時，現(xiàn)成的μModule穩(wěn)壓器不僅可以節(jié)省時間和空間，還可以降低程序風險。

超薄μModule解決方案的最新示例是LTM4622。這是一款雙通道 2.5 A 或單路兩相 5 A 輸出降壓型電源穩(wěn)壓器，采用 6.25 mm × 6.25 mm × 1.8 mm 超薄 LGA 封裝。其高度接近焊接的 1206 外殼尺寸電容器的高度，其超薄高度允許安裝在電路板的頂部。纖薄的外形使其能夠滿足苛刻的高度限制，例如嵌入式計算系統(tǒng)中 PCIe 和高級夾層卡所需的高度限制。

此外，LTM4622A 最近也發(fā)布了。作為LTM4622的變體，此A版本具有1.5 V至12 V的更高輸出電壓，取代0.6 V至5.5 V的非A版本。這使得系統(tǒng)設計人員能夠在終端系統(tǒng)需要時在高端擁有更寬的輸出電壓范圍。無論哪種情況，輸入電壓范圍均為3.6 V至20 V。 凌力爾特μModule DC-DC穩(wěn)壓器也提供了一種提供高功率和DPSM功能的簡單方法。由于許多μModule穩(wěn)壓器可以并聯(lián)以實現(xiàn)高負載電流，并具有精密電流匹配（彼此的標稱值在1%以內），因此它們可以減輕熱點的可能性。此外，只有一個μModule穩(wěn)壓器需要包含DPSM功能，因為即使其余的μModule并聯(lián)器件沒有內置DPSM功能，它也可以提供完整的數(shù)字接口。

使用 DPSM 設備，系統(tǒng)設計人員可以執(zhí)行許多不同的操作，包括：

通過數(shù)字通信總線配置電壓，定義復雜的開/關排序安排，定義OV和UV限制等故障條件，以及設置重要的電源參數(shù)，如開關頻率、電流限制等。

通過同一通信總線，可以回讀重要的操作參數(shù)，例如輸入電壓和輸出電壓、輸入和輸出電流、輸入和輸出功率以及內部和外部溫度，以及在我們的某些產(chǎn)品中測量能耗。

個人可以對其設計實施非常精確的閉環(huán)裕量測試，并將電源電壓調整到非常精確的水平。

這些設備被設計為自主的。一旦配置并施加輸入電源，它們就會對電源進行排序，在負載點調節(jié)非常精確的電壓，在實施用戶可配置的故障管理方案的同時持續(xù)監(jiān)控電壓和電流，并布防非易失性故障記錄器，該記錄器在檢測到故障時存儲有關電源系統(tǒng)的信息。

DPSM 設備可以級聯(lián)以構建相干的大型電源系統(tǒng)。這是通過以有線速度運行的芯片間協(xié)調總線實現(xiàn)的。

它們包括用于設備配置和故障記錄功能的內部 NVM。

這些設備包含 I2C/PMBus 通信端口，并使用行業(yè)標準的 PMBus 命令集來控制和管理電源系統(tǒng)。

這些 PSM 器件均由通用的 LTpowerPlay GUI 提供支持。LTpowerPlay是一款工程級GUI，在開發(fā)時考慮了電源系統(tǒng)設計和調試以及遠程客戶支持。?

因此，圖2顯示了180 A Plus DPSM PoL解決方案的一個LTM4677 （36 A DPSM μModule穩(wěn)壓器）與三個LTM4650 s（50A μModule穩(wěn)壓器）并聯(lián)的應用原理圖。

圖2.一個LTM4677 DPSM μModule器件和三個LTM4650 μModule穩(wěn)壓器的組合采用標稱12 V輸入，在1 V時提供186 A電流。

結論

在當今的通信設備中具有DPSM功能和超薄型電源轉換器件，為電源設計人員提供了簡單而強大的方法，可以在低至0.5 V的內核電壓下提供高功率輸出，在整個溫度范圍內最大直流輸出誤差為±0.5%，例如最新的20納米以下ASIC、GPU和FPGA所需的誤差。如果存在外形限制，則利用超薄型μModule穩(wěn)壓器（如LTM4622A）安裝在電路板上的外形小于2 mm，允許在底部使用電路板空間，否則這些空間將無法充分利用。這不僅節(jié)省了昂貴的PCB空間，而且由于其整體運行效率而減少了所需的冷卻量。

最后，在通信設備中使用μModule穩(wěn)壓器是有意義的，因為它們可以顯著縮短調試時間，并允許更大的電路板面積使用。這降低了基礎設施成本，以及系統(tǒng)生命周期內的總擁有成本。對于設計和制造這種設備的公司以及一旦它們安裝在數(shù)據(jù)中心使用它們的公司來說，這是雙贏的。

審核編輯：郭婷