電源“老三篇”，ADI要這樣玩出新花樣

第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì )，ADI電源產(chǎn)品中國區市場(chǎng)總監梁再信就高性能電源技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢與創(chuàng )新趨勢發(fā)表了演講

在半導體技術(shù)中，與數字技術(shù)隨著(zhù)摩爾定律延續神奇般快速更新迭代不同，模擬技術(shù)的進(jìn)步顯得緩慢，其中電源半導體技術(shù)尤其波瀾不驚，在十年前開(kāi)關(guān)電源就已經(jīng)達到90+%的效率下，似乎關(guān)鍵指標難以有大的突破，永遠離不開(kāi)的性能“老三篇”——效率、尺寸、EMI/噪聲，少有見(jiàn)到一些突破性的新技術(shù)面市。

在前不久舉辦的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì )上，ADI電源產(chǎn)品中國區市場(chǎng)總監梁再信（Lorry）就高性能電源技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢與創(chuàng )新趨勢發(fā)表了演講，并向業(yè)界媒體揭了 “家底”——ADI電源品牌Power By Linear的技術(shù)家底，以及在電源領(lǐng)域的不同玩法。

1+1>2之ADI“Power by Linear”

ADI成功并購Linear讓業(yè)界驚呼模擬半導體的世界版圖被重新解構，兩個(gè)高性能模擬技術(shù)的領(lǐng)頭羊的融合到底將帶來(lái)哪些改變呢？或許Lorry分享的這張圖能說(shuō)明問(wèn)題，對ADI產(chǎn)業(yè)版圖帶來(lái)最大改變的無(wú)疑是電源。ADI在定制化電源領(lǐng)域的優(yōu)勢與Linear在電源領(lǐng)域的傳統強勢，形成非常明顯的1+1>2的整合效應。并購Linear后的ADI在全球電源市場(chǎng)中也已穩穩占據了第二的位置，并前所未有的保留了收購對象的品牌（ADI新的電源子品牌——Power by Linear）。毫無(wú)疑問(wèn)電源市場(chǎng)已成為ADI全球產(chǎn)業(yè)布局的重要一環(huán)，那么在繼承Linear電源領(lǐng)域強大技術(shù)資源之后的ADI，有哪些強大的新優(yōu)勢呢？

與Linear的合并帶來(lái)最大的增強產(chǎn)品線(xiàn)是電源，Power By Linear的新品牌正在實(shí)現1+1>2的整合效應。

Lorry表示整合Linear的電源技術(shù)后Power by Linear未來(lái)將繼續在三大方向發(fā)力：

lForm Factor— 在做出高性能電源的同時(shí)，減少PCB尺寸以及增加更多的功能

lEfficiency— 做到更加節能、提高效率，不斷突破極致

第二大關(guān)鍵就是如何做薄。對于這一點(diǎn)，Lorry表示ADI已經(jīng)發(fā)布了1.82mm的產(chǎn)品，其中設計的電源能夠與主芯片共用同樣的散熱器。Lorry還指出，薄型化電源的設計是ADI電源技術(shù)向高集成度發(fā)展路上極其重要的一環(huán)，這也是未來(lái)電源模塊發(fā)展的一大方向。

解決大電流的問(wèn)題是電源設計的另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，Lorry以FPGA的0.8V內核電壓、100A的輸出電流為例進(jìn)行了分享：“2010年時(shí)需要12片LTM4601；2012年時(shí)需要4片LTM4620；2014年發(fā)布的LTM4630只要3片；而到了2016年，兩片LTM4650 就能達到目標。”Lorry 指出，“今年7月份，ADI會(huì )發(fā)布一款新品——LTM4700，一塊就能達到上述目標。”八年十二倍的提升，Lorry的分享的這組數據讓與會(huì )媒體人士印象深刻！

那么ADI為什么可以做到單片支持100A呢？Lorry從電源模塊封裝技術(shù)上給出了說(shuō)明。ADI的電源模塊共經(jīng)歷了四代技術(shù)更新：第一代是將PCB邦定電容、電阻、電感，做一個(gè)塑型封裝；第二代是在第一代基礎上內嵌金屬散熱襯底，加快散熱；第三代則是加入COP技術(shù)，改善它的效率，從而也改進(jìn)了它的性能。

Silent Switcher，EMI進(jìn)化標桿

電源的噪聲和干擾似乎是設計工程師永遠的痛，怎樣才能減少工程師在系統設計中的噪聲和干擾苦惱呢？Lorry指出，EMI一般是由電源干擾引起的，為解決這個(gè)問(wèn)題ADI的Silent Switcher技術(shù)特別對噪聲和干擾指標進(jìn)行深度優(yōu)化。而ADI現在正在推出的Silent Switcher 2能達到93%的效率下滿(mǎn)足CISPR25 Class 5 EMI的指標，且遠遠低于國際指標。Lorry很自信的表示：“ADI的競爭對手還處在一代技術(shù)，正在跟進(jìn)第二代，而ADI內部已經(jīng)著(zhù)手研發(fā)第三代Silent Switcher技術(shù)了。”

Silent Switcher2到底是怎么實(shí)現的？Lorry指出：“技術(shù)本身并不難，難點(diǎn)在于如何在工藝工程上讓它形成環(huán)路且在流動(dòng)的時(shí)候是反向的。”如下圖示意：磁場(chǎng)反向形成了閉環(huán)回路，這樣的磁場(chǎng)對外界的干擾會(huì )小很多。“第三代的Slient Switcher在技術(shù)上將會(huì )解決如何在超小體積、高功率模式下還能控制EMI，并且要讓EMI指標遠遠低于Class5國際標準。” Lorry對Slient Switcher的未來(lái)發(fā)展充滿(mǎn)信心。

lEMI— 提高產(chǎn)品的可靠性、創(chuàng )新性，設計出更完美的噪聲處理方案

沒(méi)錯，電源技術(shù)不可能逃出這“老三篇”，但關(guān)鍵的三大指標如何實(shí)現新突破卻是八仙過(guò)海各顯神通，Lorry在他的演講中強調了ADI的獨家“神通”秘笈。

三招并舉，“Form Factor”小型化大躍進(jìn)

要想做出高集成度的電源產(chǎn)品，實(shí)現更小的“Form Factor”，電路板小尺寸、薄型化以及大電流化是關(guān)鍵方向。

那要怎么縮小電路板尺寸？“我們首先就是要做好電源模塊，讓產(chǎn)品設計工程師專(zhuān)注于做系統級設計，而不用花時(shí)間去調一個(gè)復雜的電源系統。”Lorry表示。他給出了下圖的某個(gè)系統IO和內核供電系統的示例，成功節省30到100倍的元器件數量，而且整個(gè)系統的可靠性也會(huì )得到提升。

ADI是如何做到30到100倍元器件節省的呢？“這主要源于A(yíng)DI在過(guò)去幾十年發(fā)展過(guò)程中衍生的一系列可匹配現在電路板的應用模塊，包括系統級電源（3.3V或者IO電源）、低EMI低噪聲電源模塊等。”Lorry指出，“比如從四年前的LTM8050（高輸入電壓2A）是15mm×9mm×4.92mm的封裝規格，到現在的LTM8063（高輸入電壓2A）是6.25mm×4mm×2.22mm，體積很顯著(zhù)的縮小了。”那未來(lái)還能不能做得更小呢？Lorry在介紹ADI電源模塊尺寸發(fā)展史時(shí)透露，更小尺寸的將會(huì )在下半年或者明年發(fā)布。

“低噪聲和紋波對電源來(lái)說(shuō)這很重要。大家知道LDO就是為了降低紋波，而且也能提高效率。但電路板上還有一些給ADC用的基準電源，它的噪聲也比較低。但基準和LDO針對的應用場(chǎng)景卻不一樣，前者追求初始精度和長(cháng)期穩定性，而后者則是追求怎樣去輸出大電流。” Lorry補充分析道。Lorry給出的下圖對Power By Linear的超低噪聲LDO讓人印象深刻，LT3045的實(shí)測噪聲遠低于鋰電池電源的噪聲！

四個(gè)典型噪聲示波器采樣圖

超越99%，追求Efficiency的極限

“效率是全世界電源工程難題，Why？因為電感不可能是理想電感，MOS管也不可能是理想開(kāi)關(guān)，這兩者都存在一定的損耗。無(wú)論是DCR還是電池轉換，都無(wú)法逾越傳統電源的弊端。” Lorry指出，“正是為了提高效率，所以才有了開(kāi)關(guān)電源的出場(chǎng)。”十多年前的開(kāi)關(guān)電源就已經(jīng)達到90+%的效率，雖然永遠不可能100%，但可以追求效率的極致。

“為了減少外圍器件的體積，我們把開(kāi)關(guān)頻率提高了。但是頻率的提升會(huì )導致開(kāi)關(guān)的損耗越來(lái)越大，效率也很難提升，怎么辦？”Lorry自問(wèn)自答提出的這個(gè)難題，“電感作為儲能器件一定有轉換的效率問(wèn)題，所以我們考慮去掉電路中的電感，最近發(fā)布的LTC7820就是這樣一個(gè)沒(méi)有電感的開(kāi)關(guān)電源。”

通過(guò)ADI創(chuàng )新技術(shù)和工藝方法設計出的LTC7820，是一款固定比例高電壓高功率開(kāi)關(guān)電容器 / 充電泵控制器，它達到了99%左右的轉換效率，即便在2A到20A范圍的輸出電流中，也能可維持99%的電源轉換效率。也可從高達 72V 的輸入電壓實(shí)現一個(gè) 2:1 的降壓比、從高達 36V 的輸入電壓實(shí)現一個(gè) 1:2 的升壓比、或從高至 36V 的輸入電壓實(shí)現一個(gè) 1:1 的負輸出轉換比。

“雖然 LTC7820要求的電壓轉換是呈比例的才能維持99%的轉化效率，但第二代產(chǎn)品LTC7821 采用了一種把軟開(kāi)關(guān)充電泵拓撲與一個(gè)同步降壓型轉換器相結合的專(zhuān)有架構，以提供比傳統開(kāi)關(guān)架構更勝一籌的效率。” Lorry 在介紹LTC7821時(shí)特地強調了其獨特的構架。

電源創(chuàng )新，期待ADI Power By Linear的力量

人類(lèi)追求更高效率利用能源的歷史大概與人類(lèi)本身一樣長(cháng)，隨著(zhù)環(huán)境意識增強以及物聯(lián)網(wǎng)應用普及、產(chǎn)品便攜、可穿戴的趨勢發(fā)展下，在電源的小尺寸、低EMI、高效率上的創(chuàng )新會(huì )依然層出不窮。作為整合后的強勢電源品牌，結合ADI高性能信號鏈技術(shù)，Power By Linear在未來(lái)高性能電源領(lǐng)域的表現可以有更高的期待。

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