面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?

2019-10-30
16:38:00
来源: 互联网

      随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源。现今,随着工业4.0的不断推进和5G的不断发展,智能化正在悄然改变我们的生活。设备迎来了新一轮爆发期,比如5G基站,测试设备以及工业自动化等等。
 
      这些设备不仅对主芯片的尺寸提出了对应的要求,同时也对电源方案的体积提出了更高的要求。目前,电源解决方案在做各种各样的努力缩小自身占板面积——以其占板面积,它们有时更能成为缩减整板面积的功臣。
 
      5G时代电源的设计迎来了极大的挑战,为了解决这些难题,MPS(美国芯源系统有限公司)推出系列电源模块,旨在为业界提供高效、简单、可靠的解决方案。
 
5G时代电源设计的挑战
 
      MPS电源模块产品线经理孙毅表示,在5G时代,电源设计会面临各种各样的挑战。首先是技术变革非常快,5G的爆发会对产品的开发周期提出更短的要求,以电源为例,一般分立电源方案往往需要18周以上的周期:2-12周进行器件选型,选芯片、电感、电容、连接器等;接下来要1-3周进行原理图设计、布局设计;还需要1-3周进行打板、封装等。不仅如此,对于电源来说,选择电感、电容,可能还要进行环路补偿,这些都需要花费大量时间。如果达到十几二十路的电源,可能每路都要去做这样的事,时间成本可想而知。
面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?
 
MPS电源模块产品线经理孙毅
 
      当然,在产品的设计生产过程中还会出现更多的问题,比如紧凑的系统设计限制了电源占板面积,整体的工作环境温度变得很高。孙毅谈到“往往里面会有70℃,对室外的5G基站而言,温度甚至可能到90℃。”电源必需要有这样的耐热能力。
 
      当然不仅如此,还有需要一直EMI噪声、面临更高的FPGA等复杂电源时序管理以及系统集成要求和高速ADC/DAC等低噪声供电等要求。需要解决这些问题的应用领域至少包括了5G基站、5G相关的测试设备、光模块,数据中心的AI加速卡,工业控制、机械手臂等。
 
MPS的应对之策
 
      针对上述问题,在某些应用场景中,更高集成度的电源模块就是很典型的解决方案——即便它和分立电源并非单纯的替代和被替代的关系。“我们MPS电源模块,包括一颗功率芯片——这是MPS的核心技术;内部集成上下MOS管,控制、驱动以及保护电路等等。”“除了芯片之外,电感、无源器件等都集成在都集成在一个小的封装内,做成完整的电源方案。”孙毅这样说道。
面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?
 
      随后,孙毅具体介绍了MPS的电源模块是如何解决5G时代面临的各种问题的。
 
第一,MPS的电源模块能够让开发周期变得更短。因为其拥有更高的集成度,大大简化了PCB布板的风险以及复杂度,最大程度地减少了外围元器件的使用,仅需输入输出电容,及其简单的PCB布线,优化的模块管脚分布,模块下方PCB可以进行高速总线布线,并且具有更短的可靠性认证周期。
 
第二,MPS的电源模块拥有更小的方案尺寸。MPS将上管、下管以及控制器集成在一片晶圆上,3D封装将电感直接架高在IC上,减少了模块50%的面积;其采用先进的芯片制程,低FOM,但警员功率极,采用芯片倒装工艺,铜柱直接连接和引线框架,减少了芯片的寄生参数,使MPS可以进一步提高开关频率来减小电感体积。
 
第三,MPS的电源模块可以解决系统以及电源的散热问题。在散热方面,MPS的倒装工艺可以使热直接从铜柱导入到PCB板,采用低高度的模块设计,可以和主芯片共用散热器,并且3D封装还可以是的模块散热更加均匀。
 
第四,MPS的电源模块可以抑制EMI噪声。已知上管/下管MOSFET和输入电容形成“热环路”,开关动作会产生强烈EMI噪声,MPS通过集成的对称输入电容,热回路中产生的磁场会从两侧通过相反的电流抵消,也就是说抵消了“热环路”电磁场;同时可编程的频谱展开,抖频,dv/dt速度可以进一步降低EMI噪声源以及分布。
 
第五,MPS的电源模块可以解决FPGA的供电问题。采用多路电源轨以及电源管理,使用更小尺寸的单路输出电源模块,并且集成了电源管理功能的4路输出电源模块,轻松实现工作。MPS拥有业界第一款多路输出带电源管理的模块系列。
 
      最后,MPS的电源模块采用高速ADC/DAC的低噪声供电。
 
全新的解决方案
 
      高效以及高集成度,MPS的电源模块拥有非常卓越的品质,它们可以应用5G基站、AI加速卡、光模块、测试设备、传感器,相机以及工业应用等等。尤其针对工业4.0,MPS推出了各种不同的解决方案。在会上,孙毅分别介绍了这些全新的产品。
 
      首先在中小电流应用方面,MPS推出了业界首款超小尺寸四路输出集成电源解决方案-MPM54304,它是一款中电压PMIC降压模块,分别由2个3A和2个2A电源轨组成,每个电源轨还可以组合为1个6A和1个4A饿的电源轨。这款产品的核心优势在于尺寸小,可以完美解决小尺寸应对中多轨系统日益增长的行业挑战,可将整体解决方案的尺寸缩小70%以上;配置灵活,不但易于使用,嗨重新定义了电源解决发难的尺寸,仅为120mm2;布局简单,最大限度地减少了外部所需元器件并且拥有时序&电源管理功能。
面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?         其次是大电流应用方面,MPS推出了全集成电源模块MPM3695-100,这是一款可拓展的100A电源模块,采用15*30*5mm BGA封装,该模块可以灵活拓展并且提供PMBus接口。在款输入电压范围内可实现最大100A的持续输出电流,具有较好的负载和线性调整率。主要应用于FPGA/ASIC、加速卡以及交换机等领域。
面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?
      最后在高压应用方面,MPS推出了45V双路3A,单路6A的数字电源模块MPM3596,采用10*10*4.4mm LGA封装,最多可以并联实现36A输出电流。其特有的双侧对称输入电容和频率抖动/频谱扩展功能以及可调节的开关速度可以优化EMI性能,满足EN55022 Class标准,通过I2C数字接口可以对开关频率、保护阀值以及响应值和PWM/PFM等参数进行编程。
面对 5G时代电源设计的挑战,MPS给出了哪些应对之策?
结语
 
      近年来,开关电源模块不断提升集成度和智能化以及业界也争相提供更高功率密度的封装,智能功率模块也将获得大的发展。作为一家全球全球领先的半导体公司,MPS一直致力于为工业、电信基础设施、云计算以及汽车和高端消费类电子应用提供小尺寸、高效率、易于使用的电源模块。

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