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用于通信系统的低电压、大电流电源及其设计实例

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精品文档1 用于通信系统的低电压、大电流电源及其设计实例作者: ■ Linear Technology Corp. Dr. Wei Chen为了处理日益复杂的实时计算问题,当今的通信系统采用了大量的高性能计算芯片,包括各种 CPU ,FPGA 和存储器。对更高计算速度的需求促使人们相应地提高时钟频率,电源电流也随之增加。有些器件所要求的电源电流已超过了100A 。在电源电流增加的同时, 电压已经降至1V 左右,这主要是因为计算芯片的特征线宽越来越细。低电压、 大电流容易导致功率损耗,此时线性调压器电路已经很难适应电源设计的要求。不过,采用高性能的开关型电源结构,则可以获得高效率的电源。面临的挑战与当今许多类型的系统一样,通信系统中电路板的面积非常宝贵。尺寸限制,连同降低成本的压力和其他一些新的技术方面的挑战,使低电压、 大电流的电源设计成为通信系统设计中最困难的设计任务之一。对电压调节能力的挑战随着电源电压降低到1V, 即使小到50mV 的电压摆动,也会使计算电路性能发生剧烈的波动。 因此必须对直流输出电压进行严格的调控。大的输出电流是电压波动的一个主要诱因, 包括 PCB 导线或电源输出与CPU 电源引脚间的连接器引入的10mV ~50mV 压降。当电源电压为1~1.5V 时,这些压降会产生显著影响。因此,要求对正向和负向电压输出轨都实现远程电压监测。另一个问题是, 先进的计算芯片能根据系统指令瞬时地改变电源电流,变化幅度超过20A 。这样大的负载阶跃,再加上电流的快速换向,将使电源电压下降或超调。要处理这类动态变化的负载并减小输出电容的尺寸,电源就必须具有很快的瞬态响应能力。传热学方面的挑战由于系统封装密度随系统复杂程度的增加而增加,散热已成为系统硬件设计人员要面对的一个愈发严峻的挑战。同时, 对电压稳定有严格要求的高性能计算芯片要求电源就位于其附近。因此,重要的是要减小电源的功率损耗,并消除PCB 上的过热点和功率元件,以避免让计算芯片热上加热。输入噪声带来的挑战由于在许多通信子系统中,主要的负载驱动电源大多为3.3V, 因此必须抑制3.3V 汇流排的噪声, 以确保所驱动的逻辑器件能正常工作。一个开关型降压电源的输入电流是脉动的,为了滤除输入噪声,要采用一个大的输入电容,有时可能还要采用大量值精品文档2 的 LC 滤波器。输入滤波电路的尺寸和成本一般随输出电流的增加和/或输入电压的下降而增加。采用标准电源模块时,成本方面的挑战现成的电源模块(如“...

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