新一代電源模塊以較少電容達到更快速的瞬時(shí)響應

對于復雜的電路板，如高階通信系統，設計人員愈來(lái)愈需要為不同的DSP、FPGA、ASIC和微處理器提供更多的電壓軌。目前必須面對的電源系統設計挑戰，是在高速數字電路產(chǎn)生電流瞬時(shí)的情況下，將電壓偏差降到最低。越來(lái)越需要關(guān)注的問(wèn)題是，在使用先進(jìn)IC時(shí)，如最新的GHz級DSP、FPGA、ASIC和微處理器，電流瞬時(shí)期間會(huì )出現輸出電壓的峰值偏差。如果核心電壓(VCC)超出指定的容差上限，IC必須重設，否則會(huì )發(fā)生邏輯錯誤。為避免發(fā)生這種狀況，設計人員需要更注意所使用的負載點(diǎn)(point-of-load, POL)模塊瞬時(shí)效能。

最新GHz級DSP之類(lèi)的數字負載需要相當快速的瞬時(shí)響應，以及相當低的電壓偏差。為達到這些目標，通常需要為DC/DC轉換器加裝多個(gè)輸出電容，讓它在回饋回路響應前有足夠的維持時(shí)間。使用電源模塊，并加裝電容以符合電壓瞬時(shí)容差后，便形成一套完整的電源解決方案。

由于設計人員逐漸增加輸出電容，因此瞬時(shí)幅度會(huì )降低，然而，增加電容會(huì )降低電源系統頻寬，高電能儲存的優(yōu)點(diǎn)會(huì )被緩慢的響應時(shí)間抵消。

更快速的瞬時(shí)響應
借由創(chuàng )新的DC/DC電源模塊技術(shù)，系統設計人員如今能夠運用較少的輸出電容，達到更快速的瞬時(shí)響應及更低的電壓偏差。德州儀器的T2系列新一代PTH模塊(見(jiàn)圖1)便是其中一例，這個(gè)系列的模塊結合一項全新的TurboTrans技術(shù)，能夠大幅減少客戶(hù)為達到特定電壓偏差目標而使用輸出電容的需求。這項專(zhuān)利技術(shù)的運作方式是修改模塊的控制回路，讓設計人員自行調整模塊，以符合特定的瞬時(shí)負載需求，只需增加一個(gè)外部電阻就可以完成調整工作。

圖1 采用TurboTrans的T2電源模塊

在高瞬時(shí)負載的應用中，TurboTrans技術(shù)能夠讓設計人員減少高達8倍數量的輸出電容，同時(shí)將電壓偏差降低，因此能夠節省電容成本與印刷電路板空間。這項技術(shù)的另一項優(yōu)點(diǎn)是提升超低ESR電容的穩定性。設計人員便能夠使用較新的Oscon輸出電容、聚合物鉭質(zhì)輸出電容或所有陶瓷輸出電容，而完全不需顧慮穩定性問(wèn)題。如此一來(lái)，便能夠運用可達到高溫無(wú)鉛焊錫規范的電容技術(shù)。

更快速的瞬時(shí)響應與更低的電壓偏差
TurboTrans技術(shù)能夠減少增加電容以達到特定瞬時(shí)目標的需求。對于TI的額定30A PTH08T210W之類(lèi)的模塊，經(jīng)證實(shí)可減少高達8倍數量的電容。圖2顯示改變量為5A/μs的10A負載步階所需的50mV最大偏差瞬時(shí)目標范例。第一張圖顯示 PTH08T210W以470μF的最低需求輸出電容運作，而且TurboTrans功能已關(guān)閉。電壓偏差由于瞬時(shí)而達到150mV。為滿(mǎn)足所需的50mV偏差值，設計人員總共需要10 560μF的輸出電容，如第二張圖所示，這是未使用Turbo Trans功能的模塊常見(jiàn)的結果。第三張圖則顯示使用TurboTrans功能的結果，其中只需要1320μF的輸出電容。

圖2 瞬時(shí)響應vs.電容

這個(gè)范例顯示減少的電容有8倍之多。當然，減少所需的電容與使用的電容類(lèi)型有關(guān)，因為每個(gè)電容類(lèi)型都有各自的寄生阻抗。不同的電容類(lèi)型有不同的ESR與ESL特性，低ESR電容貯電模塊相當適合采用TurboTrans技術(shù)。

透過(guò)先進(jìn)的TurboTrans技術(shù)，系統設計人員如今能夠在較短的設計過(guò)程中以極低的成本使用POL模塊，以達到特定的瞬時(shí)負載需求。如圖3所示，這只需要在T2系列模塊的VSENSE接腳與TurboTrans接腳之間接上電阻，從而就可根據數據表決定電阻的值與所需的電容數量。