模拟半导体技术如何与摩尔定律同步？ADI在电源上做到了-电源网

“当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。”紧跟摩尔定律的魔法预言，推出最高集成度的芯片成了各大半导体公司“炫技”法宝。值得一提的是，对摩尔定律的检视，人们主要放在数字电路特别是CPU/MCU上，在模拟电路上似乎并不灵验。然而，最近ADI公司ADI电源产品中国区市场总监梁再信（Lorry）的一场演讲，让人看到了“摩尔定律”的模拟样本。

Lorry发表“引领电源技术创新”的主题演讲

应用场景分析——高性能处理器的不一样源动力

Lorry分享的是该公司针对高端处理器、FPGA和ASIC应用的几代电源产品，这些先进数字器件的内核电压在稳态和快速负载电流瞬态时需要非常准确的电压调节，而且这些承载系统核心功能的芯片通常都因更重的负载而大大增加电源负担，然而系统中很少会为了符合这种功率增大而额外分配宝贵的系统电路板空间。

由于广泛需要更多专用和安装在电路板上的电源，以向多个电压轨提供POL (负载点)调节，所以这种对电源的挤压非常严重。特别是个别电源轨必须越来越多地在低电压(≤1V)下支持数10A甚至超过100A的电流，因而要求大约1%的初始准确度和出色的负载瞬态偏差。因此挑战是找到准确和能在低电压提供大的负载电流同时占用很少系统电路板空间的电源解决方案。“以FPGA应用为例，很多时候你需要一个0.8V的Core电压、100A，这在过去来讲非常非常难以设计的，因为电流实在太大了，而且0.8V的core电压如果你的波动范围超过了3%、5%，FPGA还可能会死机。”Lorry指出。

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连续两个两年，四倍集成度是怎么实现的？

作为八年前的一款旗舰电源产品，LTM4601的推出在多个性能指标上都体现了Linear（ADI在2017年完成对该公司的收购）一贯的性能优势——95%的效率，4.5~20V和0.6V至5V的输入和输出电压范围，以及PLL频率同步。这个完整的 12A 降压型开关模式 DC/DC 电源具有内置的开关控制器、MOSFET、电感器和所有相关的支持组件，较好的满足了FPGA等高性能处理系统的电源需求。

然而，某些场合需要100A大电流的应用对LTM4601来说，依然有点“小尴尬”——需要12块芯片来支持，尽管µModule®实现了当时业界独具优势的15mm x 15mm x 2.82mm LGA和15mm x 15mm x 3.42mm BGA小型表面贴装的器件，系统电路板依然要预留出不小的空间容纳。系统电源板的画风是这样的。

两年后，一款完整的双通道 13A 输出开关模式 DC/DC 电源LTM4620 再次发布，仅仅用4块芯片即可取代当年的12片的电源“大阵列”。该芯片封装中内置了开关控制器、功率 FET、电感器和所有的支持组件，可在一个 4.5V 至 16V 的输入电压范围内工作，支持两个输出电压范围均为 0.6V 至 2.5V (由单个外部电阻器来设定) 的输出。该器件的高效率设计能够为每个输出提供 13A 的连续电流，仅需少量的输入和输出电容器。

2014年，同样是在两年的时间内，更高集成度的LTM4630再次推出，主要面向 28nm和低于28nm的FPGA、ASIC和微处理器。并与前代产品（LTM4620 和 LTM4620A (双输出 13A，单输出 26A) 及 LTM4628 (双输出 8A，单输出 16A)）引脚完全兼容相兼容。该器件具高精确度输出电压调节，LTM4630-1 针对两种情况提供了精确的输出电压调节：(a) 在电压、负载和温度。

这是一款双输出 18A 或单输出 36A 输出开关模式降压型 DC/DC微型模块稳压器。封装中内置了开关控制器、功率 FET、电感器和所有的支持组件。LTM4630可在一个 4.5V 至 15V 的输入电压范围内运作，支持两个输出电压范围均为 0.6V至1.8V (各由单个外部电阻器来设定) 的输出。该器件的高效率设计能够为每个输出提供 18A 的连续电流。仅需少量的输入和输出电容器。

支持08V@100A的应用中LTM4620与LTM4630电路板对比图

再次连续两个两年持续升级，如何实现一片搞掂100A？

“到了2016年我们发布了LTM4650，一片50A，两片就可以做到100A。大家可以看到这个体积是越来越小，还有办法再提高吗？”Lorry在演讲中自问自答道，“今年7月份我们会发布一个全新的产品，将带数字接口的控制逻辑，仅仅这么一片就可以独立支持100A的输出电流。”据透露，该100A的电源模块将带数字接口。

LTM4650单路实现50A电流输出能力，DC输出总误差±0.8%

集成很多数字控制接口回路还能把功率密度做到如此之高，ADI是怎么做到的？“光靠普通传统的电源模块技术显然是不行的，我们做了三个方面的尝试和方向：一个是超小体积，一个是超薄，一个是超大电流。我们用这个模块很容易拼出300A、500A的超大复杂计算体系的Core电源。”Lorry指出。据他介绍，ADI的电源模块经历了四代封装技术，但绝大部分的业界半导体厂商还停留在第一代和第二代之间。据他透露，第四代的结构非常有特点，即采用了ADI公司的CoP技术将磁路和外壳整个电感集成在一起，实现非常高性能的电感，获得全世界最好效率和散热效果。“就是因为这样技术的演进，ADI今天推出像大拇指这么大的一个电源模块做到100A的输出，而且负载调整率在满负载时候我的波动变化在3%以内，满足最严格FPGA和DSP的电源要求。”Lorry表示。