通信设备制造商需要高功率输出和小尺寸解决方案

许多通信系统通过48 V背板供电。该电压通常降压至较低的中间总线电压，通常降至12 V、5 V甚至更低，以便为系统内的电路板机架供电。但是，这些电路板上的大多数子电路或IC都需要在3.x V至低至0.5 V的电压范围内工作，电流范围从几十毫安到几百安。因此，负载点（PoL）DC-DC转换器需要从这些较高的总线电压降压到子电路或IC所需的较低电压。好像这本身还不够困难，这些电源轨对排序、电压精度、裕量和监控也有严格的要求，这也需要考虑！

由于通信设备中可能有数百个PoL电压轨，系统架构师需要一种直接的方法来管理这些电压轨的输出电压、时序和最大允许电流。当今许多深亚微米IC数字处理器要求其I/O电压先于内核电压上升。或者，许多DSP要求在I/O之前提高其内核电压。此外，关断时序也是必要的。因此，系统架构师需要一种轻松的方法来进行更改，以优化系统性能，并存储每个DC-DC转换器的特定配置，以简化设计工作。

此外，大多数通信设备制造商都在努力提高其系统的数据吞吐率和性能，以及添加更多功能和特性。同时，正在施加压力以降低系统的整体功耗。例如，一个典型的挑战是通过重新安排工作流并将作业移动到未充分利用的服务器来降低总体功耗，从而关闭其他服务器。为了满足这些需求，了解最终用户设备的功耗至关重要。因此，正确设计的数字电源管理系统（DPSM）可以为用户提供功耗数据，从而做出明智的能源管理决策。

DPSM 的一个主要优点是降低设计成本并加快上市时间。使用具有直观图形用户界面 （GUI） 的综合开发环境，可以高效地开发复杂的多轨系统。此类系统还通过GUI进行更改，而不是焊接白线固定，从而简化了在线测试（ICT）和电路板调试。另一个好处是，由于实时遥测数据的可用性，可以预测电力系统故障并采取预防措施。也许最重要的是，具有数字管理功能的DC-DC转换器允许设计人员开发满足目标性能（计算速度、数据速率等）的绿色电源系统，同时在负载点、电路板、机架甚至安装级别以最低的能耗，从而降低基础设施成本和产品生命周期内的总拥有成本。毕竟，数据中心最大的运营成本是用于为冷却系统供电的电力成本，以保持数据中心内部低于其预定义的最佳工作温度。

此外，系统架构师仍然需要一些相对简单的电源转换器来满足其电路板上的各种其他电源轨，但放置它们的电路板面积不断缩小。这部分是由于无法将这些转换器安装在电路板的底部，因为多个板并排放置在机架安装配置中，因此对它们施加了 2 mm 的最大组件高度限制。他们真正想要的是一个小尺寸的完整电源，当安装在印刷电路板（PCB）上时不超过2毫米。幸运的是，这样的解决方案确实存在，本文将更详细地讨论。

转换器解决方案

ADI公司的线性电源™μModule稳压器是完整的系统级封装（SiP）解决方案，可最大限度地缩短设计时间，并解决通信系统中常见的电路板空间和功率密度问题。这些μModule产品是完整的电源管理解决方案，集成了DC-DC控制器、功率晶体管、输入和输出电容、补偿元件和电感器，采用紧凑的表面贴装BGA或LGA封装。使用线性μModule产品进行设计可以将完成设计过程所需的时间减少多达50%，具体取决于设计的复杂程度。该系列μModule稳压器将元件选择、优化和布局的设计负担从设计人员转移到器件，从而缩短整体设计时间和系统故障排除，并最终缩短上市时间。®

这些μModule解决方案将分立电源、信号链和隔离设计中常用的关键元件集成在一个紧凑的IC类外形中。在 Power by Linear 严格的测试和高可靠性流程的支持下，我们的 μModule 产品组合简化了电源管理和转换设计的设计和布局。该产品系列涵盖广泛的应用，包括负载点稳压器、电池充电器、DPSM 产品（PMBus 数字管理电源）、隔离式转换器、电池充电器和 LED 驱动器。作为高度集成的解决方案，每个器件都提供PCB Gerber文件，这些μModule功率稳压器解决了时间和空间限制，同时提供了高效率和可靠性。此外，我们的许多新产品可实现符合EN 55022 B类标准的低EMI解决方案。这使系统设计人员确信终端系统将满足严格的噪声性能标准，以符合终端系统必须满足的许多抗噪行业标准。

此外，随着系统复杂性的增加和设计周期的缩短，设计资源变得捉襟见肘，重点落在了系统关键知识产权的开发上。这通常意味着电源被放在一边，直到开发周期的后期。由于时间很少，而且专业电源设计资源可能有限，因此需要以尽可能小的尺寸提出高效率解决方案，同时利用PCB的底面以实现最大的空间利用率，这是巨大的压力。

这是μModule稳压器可以提供理想解决方案的关键领域。这个概念内部很复杂，但外部很简单——开关稳压器的效率和线性稳压器的设计简单性。仔细的设计、PCB布局和元件选择在开关稳压器的设计中非常重要，许多经验丰富的设计人员在职业生涯的早期就闻到了燃烧电路板的独特香气。当时间紧迫或电源设计专业知识有限时，现成的μModule稳压器不仅可以节省时间和空间，还可以降低程序风险。

超薄μModule解决方案的最新示例是LTM4622。这是一款双通道 2.5 A 或单路两相 5 A 输出降压型电源稳压器，采用 6.25 mm × 6.25 mm × 1.8 mm 超薄 LGA 封装。其高度接近焊接的 1206 外壳尺寸电容器的高度，其超薄高度允许安装在电路板的顶部。纤薄的外形使其能够满足苛刻的高度限制，例如嵌入式计算系统中 PCIe 和高级夹层卡所需的高度限制。

此外，LTM4622A 最近也发布了。作为LTM4622的变体，此A版本具有1.5 V至12 V的更高输出电压，取代0.6 V至5.5 V的非A版本。这使得系统设计人员能够在终端系统需要时在高端拥有更宽的输出电压范围。无论哪种情况，输入电压范围均为3.6 V至20 V。 凌力尔特μModule DC-DC稳压器也提供了一种提供高功率和DPSM功能的简单方法。由于许多μModule稳压器可以并联以实现高负载电流，并具有精密电流匹配（彼此的标称值在1%以内），因此它们可以减轻热点的可能性。此外，只有一个μModule稳压器需要包含DPSM功能，因为即使其余的μModule并联器件没有内置DPSM功能，它也可以提供完整的数字接口。

使用 DPSM 设备，系统设计人员可以执行许多不同的操作，包括：

通过数字通信总线配置电压，定义复杂的开/关排序安排，定义OV和UV限制等故障条件，以及设置重要的电源参数，如开关频率、电流限制等。

通过同一通信总线，可以回读重要的操作参数，例如输入电压和输出电压、输入和输出电流、输入和输出功率以及内部和外部温度，以及在我们的某些产品中测量能耗。

个人可以对其设计实施非常精确的闭环裕量测试，并将电源电压调整到非常精确的水平。

这些设备被设计为自主的。一旦配置并施加输入电源，它们就会对电源进行排序，在负载点调节非常精确的电压，在实施用户可配置的故障管理方案的同时持续监控电压和电流，并布防非易失性故障记录器，该记录器在检测到故障时存储有关电源系统的信息。

DPSM 设备可以级联以构建相干的大型电源系统。这是通过以有线速度运行的芯片间协调总线实现的。

它们包括用于设备配置和故障记录功能的内部 NVM。

这些设备包含 I2C/PMBus 通信端口，并使用行业标准的 PMBus 命令集来控制和管理电源系统。

这些 PSM 器件均由通用的 LTpowerPlay GUI 提供支持。LTpowerPlay是一款工程级GUI，在开发时考虑了电源系统设计和调试以及远程客户支持。®

因此，图2显示了180 A Plus DPSM PoL解决方案的一个LTM4677 （36 A DPSM μModule稳压器）与三个LTM4650 s（50A μModule稳压器）并联的应用原理图。

图2.一个LTM4677 DPSM μModule器件和三个LTM4650 μModule稳压器的组合采用标称12 V输入，在1 V时提供186 A电流。

结论

在当今的通信设备中具有DPSM功能和超薄型电源转换器件，为电源设计人员提供了简单而强大的方法，可以在低至0.5 V的内核电压下提供高功率输出，在整个温度范围内最大直流输出误差为±0.5%，例如最新的20纳米以下ASIC、GPU和FPGA所需的误差。如果存在外形限制，则利用超薄型μModule稳压器（如LTM4622A）安装在电路板上的外形小于2 mm，允许在底部使用电路板空间，否则这些空间将无法充分利用。这不仅节省了昂贵的PCB空间，而且由于其整体运行效率而减少了所需的冷却量。

最后，在通信设备中使用μModule稳压器是有意义的，因为它们可以显著缩短调试时间，并允许更大的电路板面积使用。这降低了基础设施成本，以及系统生命周期内的总拥有成本。对于设计和制造这种设备的公司以及一旦它们安装在数据中心使用它们的公司来说，这是双赢的。

审核编辑：郭婷