μModule®控制器如何裝入如此小的空間內？

答：將組件高度集成，即可減小尺寸。

電源模塊上市已經很長時間了，通常是一種采用開關模式的封裝電源，能夠輕松焊接到電路板上，用于將輸入電壓轉換為經過控制的輸出電壓。與只在芯片上集成控制器和電源開關的開關穩(wěn)壓器IC相比，電源模塊還可以集成無數個無源組件。

 

通常，“電源模塊”一詞一般在集成電感時使用。圖2 顯示了開關模式降壓型轉換器（降壓拓撲）所需的組件。虛線表示開關穩(wěn)壓器IC和電源模塊。這些模塊的電壓轉換電路由電源模塊制造商開發(fā)，所以用戶無需非常了解電源。除此以外，還有其他優(yōu)點。由于模塊高度集成，所以開關模式電源的尺寸會非常小。

 

更安靜、更小巧的DC-DC調節(jié)

開關穩(wěn)壓器本身會產生輻射EMI，在相對較高的頻率工作時需要高dI/dt事件。在醫(yī)療設備、RF收發(fā)器以及測試和測量系統(tǒng)中，通常強制要求EMI合規(guī)，這也是信號處理領域的一項關鍵設計挑戰(zhàn)。例如，如果系統(tǒng)未能達到EMI合規(guī)要求，或者開關穩(wěn)壓器會影響到高速數字或RF信號的完整性，則需要進行調試和重新設計，這樣不僅會延長設計周期，還要重新進行評估，從而導致成本增加。此外，在更密集的PCB布局中，DC-DC開關穩(wěn)壓器一般非常接近噪聲敏感型元件和信號路徑，這更有可能產生噪聲。

 

與其依賴于繁瑣的EMI緩解技術，例如降低開關頻率、在PCB上添加濾波電路或安裝屏蔽，更好的方法是從源頭抑制噪聲，即 DC-DC 硅芯片本身。為了實現更緊湊的DC-DC解決方案，可以將所有組件，包括MOSFET、電感、DC-DC IC，以及所有支持型組件集成到一個類似于表貼IC的微型超模壓塑封裝中。參見圖1。

 

圖1. LTM8074使用Silent Switcher® 架構，實現完整的小型封裝低噪聲解決方案。

 

除了能夠實現更安靜的DC-DC轉換，滿足大部分EMI合規(guī)標準要求（例如EN 55022 B類），以及實現小尺寸之外，還需要盡可能減少PCB上輸出電容等其他組件的數量，這點至關重要。通過采用快速瞬態(tài)響應DC-DC調節(jié)器，可以降低對輸出電容的依賴。這意味著通過優(yōu)化內部反饋環(huán)路補償，可在多種工作條件下提供足夠的穩(wěn)定性裕量，支持各種輸出電容，從而簡化整體設計。

 

LTM8074 是一個 1.2 A, 40 VIN µModule 降壓穩(wěn)壓器，采用 4 mm × 4 mm × 1.82 mm, 0.65 mm 間距BGA微型封裝。3.2 VIN 到 40 VIN, 3.3 VOUT產品解決方案的整體尺寸為 60 mm2 ， 只需要兩個0805電容和兩個 0603 電阻。這種小巧、輕質(0.08 g)的封裝使得器件可以安裝在 PCB的背面，而PCB正面通常密布各種元件。該產品采用的Silent Switcher 架構可以最小化EMI輻射，讓LTM8074能夠通過CISPR22 B 類測試，并降低與其他敏感電路產生EMC問題的可能性。

 

并非始終能夠集成所有外部組件。原因如下：某些設置（例如開關頻率或軟啟動時間）應該是可調的，必須向電路發(fā)出指令。這些操作可以通過數字化方式完成。但是，這可能意味著在系統(tǒng)中使用微控制器和非易失性存儲，并支持相應成本。解決這個問題的一種常見方法是使用外部無源組件來實現這些設置。

 

圖2. 降壓型（降壓）開關穩(wěn)壓器高度集成電源模塊中的電感。

 

輸入和輸出電容通常被集成到該電源模塊中，但有時候需要從外部連接。圖2顯示了采用了ADI公司新產品LTM8074的電路。

 

圖3. 使用最小輸出電容（2 μF × 4.7 μF陶瓷電容）時，LTM8074提供快速瞬態(tài)響應 (12 VIN, 3.3 VOUT)。

 

圖4. LTM8074的 VIN最高可達40 V，輸出電流1.2 A，占用空間面積僅為 4 mm × 4 mm。

 

通過使用一個外部電阻來設置所需的輸出電壓，可以減少類型數量，并為應用提供一定的靈活性。如果不需要軟啟動，則無需將電容連接到相應的引腳上。所有這些功能結合起來，就能夠在極小的電路板面積內實現電壓轉換。憑借LTM8074僅4 mm ×4 mm的邊沿長度，以及最少量的外部接線，整個電源單元可以在僅約8 mm × 8 mm的電路板區(qū)域內運行，提供高達40 V的輸入電壓和高達1.2 A的輸出電流。圖3顯示了采用最少數量的必需外部組件的示例布局。

 

圖5. 約8 mm × 8 mm電路板面積上的示例布局。

 

對于小型電源，能否提供極高轉換效率至關重要，否則可能會遇到散熱問題。新產品LTM8074的尺寸極為緊湊，能夠完美解決這一問題。憑借集成的Silent Switcher技術，它可以用于對噪聲極為敏感，配備線性穩(wěn)壓器的電路中。

 

高度集成的電源模塊不僅可用于簡化開關電源的設計，還可用于在極小的空間內實現高效的電壓轉換。

 

ADI µModule器件的關鍵性能特征包括：

● 噪聲更低（超低噪聲和Silent Switcher器件）

● 超薄封裝

● 6面高效降溫(CoP)

● 在線路、負載和溫度范圍中，精準實現 VOUT 調節(jié)

● 極端可靠性測試

● 接地環(huán)路最少

● 在襯底上實現多重輸出

● 極端溫度測試