資料介紹
現在的通信系統電源面臨穩壓、散熱、輸入噪聲和成本等設計挑戰,而板上電源設計和多相方法可以解決通信系統中低電壓大電流電源的設計困難,滿足成本和電性能要求。
為了處理日益復雜的實時計算,今天的通信系統需要采用許多大功率計算集成電路,如CPU、FPGA和存儲器等。計算速度越來越高使得時鐘頻率和電源電流不斷提高,有些器件需要的電流已經超過了100A。一方面電源電流在不斷增加,另一方面由于計算器件采用更為精細的線寬制造工藝,電源電壓則已下降到將近1V。低電壓大電流容易導致功率損耗,因此線性調節器已不適合用于這類電源中,可以采用高性能開關電源拓撲結構實現高效率電源設計。
存在的問題
與當今很多系統一樣,通信系統電路板單位面積成本越來越高。尺寸約束再加上要求成本更低的壓力以及新技術難題,使得低電壓大電流電源成為通信系統中最為困難的設計任務之一。設計中主要面臨下面一些技術問題:
◆ 穩壓
由于電源電壓下降到1V,供電線路中即使低至50mV的細微電壓波動也有可能對計算器件性能造成干擾,因此必須進行嚴格的直流穩壓。大電流輸出是電壓波動的一個主要原因,如PCB線路上或電源輸出與CPU電源管腳之間連接器上的10~50mV電壓降。當輸出電壓在1V~1.5V范圍內時,這些電壓降的影響很嚴重,故而需要在電壓輸出線(正線)和電源回路線(負線)上進行遠程電壓檢測。
另一個問題是在執行不同系統命令時,先進計算器件的瞬時供電電流變化可達20A以上,如此大幅度負載跳變再加上很高的電流轉換速率會導致電源電壓下降或調節過度,所以電源必須具備極快的瞬態響應才能處理這類動態負載,并使輸出電容器件尺寸盡可能小。
◆ 散熱
由于封裝密度隨系統復雜度增加而增加,散熱成了系統硬件設計師必須面對的一項更加困難的挑戰,同時高性能計算器件對電壓調節的嚴格要求還需要電源位置與它盡量靠近。因此應將電源功耗降到最小并消除PCB和電源器件中的發熱部位,避免使已經很熱的計算器件溫度再度增加,這一點是非常重要的。
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