簡jian而er言yan之zhi，就jiu是shi要yao求qiu電dian源yuan管guan理li解jie決jue方fang案an能neng夠gou在zai更geng小xiao的de空kong間jian內nei，更geng高gao效xiao地di生sheng成cheng更geng多duo不bu同tong的de電dian壓ya和he更geng大da的de電dian流liu，並bing降jiang低di噪zao聲sheng。另ling外wai，如ru果guo說shuo這zhe些xie要yao求qiu還hai不bu夠gou具ju有you挑tiao戰zhan性xing的de話hua，那na麼me這zhe種zhong解jie決jue方fang案an還hai必bi須xu要yao實shi現xian低di成cheng本ben，這zhe恐kong怕pa就jiu頗po具ju挑tiao戰zhan性xing了le！
　　
更加靠近用戶地部署接入設備要求更小的附件(襯墊和安裝孔)，其qi必bi須xu能neng夠gou經jing受shou得de住zhu較jiao為wei惡e劣lie的de環huan境jing考kao驗yan。由you於yu局ju端duan的de空kong間jian非fei常chang小xiao，因yin此ci基ji礎chu設she施shi設she備bei將jiang被bei設she計ji為wei更geng加jia小xiao型xing化hua。推tui動dong電dian源yuan管guan理li產chan品pin發fa展zhan的de因yin素su是shi外wai形xing尺chi寸cun、散熱管理
、成本
，以及電氣性能(穩壓、瞬態響應以及噪聲產生)。本文將讓您對板上電源係統的發展以及最新一代解決方案如何以更小的封裝實現更高的性能和更低的成本等方麵有一個基本的了解。
　　
外形尺寸/效率/成本
　　
同時解決外形尺寸
、效率和成本問題的需要，再一次激發了人們對電源架構的興趣。第一代板上電源使用的電源架構被稱為分布式電源架構 (DPA)(請參見圖1)。這種架構每個電壓軌均使用了一個隔離式(磚形)電源模塊，因此其在電源軌非常有限的情況下能夠很好地工作，但是每增加一個電壓軌
，成本和 PCB空間都會隨之大大增加。電壓軌的排序也同樣非常困難，而且還要求增加外部電路，從而會增加成本和板級空間占用。

圖1：典型的DPA架構

為了解決DPA在尺寸和成本方麵的局限性
，第二代板上電源係統轉而采用固定電壓中間總線架構(IBA)(請參見圖2)。IBA采用了單個隔離式磚形電源模塊和許多非隔離式負載點(POL)DC/DC轉換器。POL可以是一些電源模塊(例如：TI的PTH 係列)，也可以是一些分立降壓轉換器。隔離式轉換器工作在與第一代板上電源係統相同的輸入電壓範圍上，即36V～75V或18V～36V。該降壓轉換器會創建一個IBA電源
，並將電壓穩壓固定在3.3V
、5V和12V。如何選擇電壓取決於係統設計人員。憑借TI的Auto-Trackdengtexing，zhezhongshejikejianshaobanjikongjiandezhanyong，jiangdichengben，jianhuadianyapaixu。zhezhongjiagouweiyidequedianzaiyuxiaolvjiaodi，zheshiyinweimeigedianyadouxuyaojinxingshuangzhuanhuan。

圖2：固定電壓IBA

當今，大多數電信係統都使用固定電壓IBA。但是
，由於接入設備設計采用了密封封裝(seaLED enclosure)，不再需要強製風冷，我們就需要一款效率更高
、占(zhan)用(yong)麵(mian)積(ji)更(geng)小(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)了(le)。正(zheng)如(ru)每(mei)一(yi)個(ge)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)都(dou)了(le)解(jie)的(de)那(na)樣(yang)，係(xi)統(tong)散(san)熱(re)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)避(bi)免(mian)熱(re)量(liang)的(de)產(chan)生(sheng)。由(you)於(yu)所(suo)有(you)電(dian)能(neng)都(dou)要(yao)通(tong)過(guo)前(qian)端(duan)隔(ge)離(li)式(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)
，因(yin)此(ci)在(zai)考(kao)慮(lv)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)時(shi)，前(qian)端(duan)隔(ge)離(li)式(shi)[member]
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zhuanhuanqijiushiyaozhongdiantaolundewenti。shijianzhengming
，tigaogelishizhuanhuanqixiaolvdefangfashishiqiyigudingzhankongbiyunxing，bingqiebuduishuchudianyajinxingwenyacaozuo，zhejiushifeiwenyashizhongjianzongxianjiagou。

圖3：非穩壓式IBA

這種架構使用一個非穩壓總線轉換器

，其會產生一個與輸入電壓成一定比例的輸出電壓。在本例中，ALD17 5：1轉換器生成了一個輸出電壓，該電壓為輸入電壓的1/5。這種技術允許一個150W係統/電路板實現1/16的磚形設計，從而在第一個轉換階段實現96%的效率。有了寬泛輸入電壓範圍(4.5V～14V)的PWM以及TI的T2產品等電源模塊
，就能采用這種非穩壓式電壓架構。這種架構的局限性在於總線轉換器的最大輸入電壓範圍是36V～55V，以確保POL的輸入電壓小於12V。之所以最大不能超過12V，是因為POL要生成不高於1V的輸出電壓
，輸入電壓不能超過輸出電壓的10～12倍。但是，越來越多的電信原始設備製造商(OEM)都在考慮轉而采用這種輸入範圍，以通過這種架構來節約成本、縮小尺寸並提高效率。
　　
一些電信OEM廠商堅持使用傳統的36V～75V的寬輸入電壓規範，輸入瞬態電壓為100V。為了滿足這些要求，電源行業推出了半穩壓IBA(請參見圖4)。該半穩壓IBA和非穩壓式IBA之間的主要區別是，如果輸入電壓超過了55V～60V的範圍，那麼該半穩壓IBA就將輸出電壓穩壓至10V左右。這種方法的缺點是，隔離式電源模塊必須增加尺寸來容納穩壓電路
，同時當輸入電壓超過55V時其效率會降低。TI的PTQB係列就是這類產品的一個例子。

圖4：半穩壓IBA

架構比較
　　
為了提供有意義的對比，圖2、3和4中的每一個例子都采用了相同的輸出電壓和電流要求。這些例子均基於使用多個高性能DSP的理論基站
，並配套使用了模擬和數字電路。在5A時該輸出電壓為3.3V，6.5A時為2.5V，11A時為1.8V，20A時為1.2V。圖5對之前所述的架構進行了比較。從圖5可以看出，確實有可能實現終極目標。半穩壓或非穩壓電[page]
源係統不僅實現了更高的效率

，而且還節約了板級空間與係統成本。與第二代固定電壓IBA相比，半穩壓/非穩壓IBA最為顯著的改進是效率。如圖5所示

，電源轉換效率提高了大約7%。對於一個200W的係統而言，這就相當於將熱負載降低了14W。

圖5：架構的比較　　

在這些例子中之所以均使用了電源模塊
，是因為它們可提供最大的功率密度，並且是許多電信OEM廠商的首選解決方案。所有係統中均可以使用分立POL來降低成本，但是板級空間將會增加一倍。
　　
電氣性能
　　
設計人員接下來需要應對的挑戰是，滿足所有係統內核中不斷增加的高性能DSP和ASIC電氣性能要求。主要性能問題包括電壓穩壓、電流瞬態響應和噪聲。
　　
穩wen壓ya和he電dian流liu瞬shun態tai響xiang應ying密mi切qie相xiang關guan。為wei了le在zai解jie決jue方fang案an尺chi寸cun越yue來lai越yue小xiao且qie功gong耗hao越yue來lai越yue低di的de情qing況kuang下xia獲huo得de更geng高gao的de性xing能neng，要yao使shi用yong所suo需xu的de電dian壓ya也ye不bu斷duan降jiang低di的de更geng小xiao的de晶jing體ti管guan來lai製zhi造zao數shu字zi半ban導dao體ti。現xian在zai低di於yu1V的內核電壓要求將成為標準的電壓要求。除了低壓以外，對電壓容差的要求也越來越高。目前常用的標準是：線路(輸入電壓變化)
、負載(負載電流微小變化)

、時間
、溫度和電流瞬變等造成的總電壓容差不超過3%。這樣，電源設計人員就隻有30mV的電壓空間來滿足所有的數字係統要求。線路、負載、時間和溫度等DC參數還要占用大約一半(15mV)的容差預算。剩餘的15mV則用來處理計算或數據傳輸負載帶來的突發電流變化(1～3個時鍾周期)。
　　
容差預算對那些想在出現電流瞬態條件下最小化電壓偏離的電源係統設計人員提出了挑戰。如果內核電壓(VCC)超出規定容差極限，那麼數字IC可能會開始複位
，否則就會產生邏輯錯誤。為了防止這一情況的發生，設計人員需要特別注意所使用的POL模塊的瞬態性能。數字負載(例如：最新的千兆赫DSP)要求極快速的瞬態響應和極低電壓偏離。為了達到這些目標，許多附加的輸出電容器通常會被添加到DC/DC轉換器中，以提供直到其反饋環路能夠響應的保持時間。這種電源模塊(包括為了滿足瞬態電壓容差而添加的電容)形成了這一完整的電源解決方案。
　　
多duo年nian來lai，電dian容rong技ji術shu不bu斷duan發fa展zhan，容rong積ji效xiao率lv不bu斷duan提ti高gao。即ji便bian使shi用yong更geng高gao的de容rong積ji效xiao率lv，整zheng個ge電dian源yuan解jie決jue方fang案an也ye會hui超chao過guo單dan個ge電dian源yuan模mo塊kuai體ti積ji的de兩liang倍bei。這zhe就jiu要yao求qiu占zhan用yongPCB較(jiao)大(da)的(de)空(kong)間(jian)，而(er)在(zai)今(jin)天(tian)更(geng)為(wei)小(xiao)型(xing)化(hua)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)通(tong)常(chang)不(bu)能(neng)提(ti)供(gong)這(zhe)樣(yang)大(da)的(de)空(kong)間(jian)。另(ling)外(wai)
，在(zai)計(ji)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)成(cheng)本(ben)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，電(dian)源(yuan)材(cai)料(liao)的(de)成(cheng)本(ben)甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)比(bi)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)成(cheng)本(ben)的(de)一(yi)倍(bei)還(hai)高(gao)。
　　
隨著DC/DC電源模塊技術的不斷創新，係統設計人員現在可以在使用更少輸出電容的同時獲得更快的瞬態響應
、更小的電壓偏離。TI推出的T2係列下一代 PTH模塊(請參見圖6)便是一個典型的例子。這些器件集成了一種被稱為TurboTrans的新型專利技術
，其允許對模塊進行自定義調諧以滿足特定的瞬態負載要求。隻需使用一個單獨的外部電阻器即可完成調諧。

圖6：具有TurboTrans特性的T2係列  　　

TurboTrans可以使輸出電容降為原來的8/1
，從而降低了電容的成本並節約了PCB空間。這種技術的另一個好處是，使用具有超低等效串聯電阻(ESR)的電容器可提供增強的模塊電路穩定性。這些更新型的Oscon
、聚合物鉭電容和陶瓷輸出電容都具有一個額外的好處，即不但能夠經受高溫、而且采用無鉛焊接工藝。
　　
影響隔離式和POL轉換器性能的決定性因素是噪聲。開關式POL運行在不同頻率上並共享一個共有輸入總線時，由此產生的不同頻率及其差異會造成拍頻問題，對EMI濾波造成困難。由這些頻率的和差分所產生的頻率可以產生拍頻，其使EMI過濾變得困難。
　　
舉例而言

，如果一個係統擁有兩個POL
，其中一個運行在300kHz下
，而另一個運行在301kHz 下
，那麼其拍頻就是1kHz。這就要求具有更大、更複雜的係統濾波器。TI推出的T2電源模塊擁有一個SmartSync特性，該特性使設計人員能夠將多個T2模塊的開關頻率與特定頻率同步，從而消除拍頻
，並使EMI濾波更加輕鬆。SmartSync可以用來設定頻率，以使開關噪聲在一個特別頻率帶(即xDSL傳輸頻率)中被最小化。TurboTrans和SmartSync是T2電源模塊上的標準特性，其並不會額外增加前麵所述的係統的成本。
　　
利用業界一流的電源模塊構建的電信係統讓係統將有助於係統設計人員縮小係統尺寸、降低功耗、滿足高性能數字電路的電源要求
，同時相比穩壓電壓 IBA 係統還可以降低電源成本。