對于復(fù)雜的電路板,，如高階通信系統(tǒng),，設(shè)計人員愈來愈需要為不同的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(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn),，是在高速數(shù)字電路產(chǎn)生電流瞬時的情況下，將電壓偏差降到最低,。越來越需要關(guān)注的問題是,，在使用先進IC時，如最新的GHz級DSP,、FPGA,、ASIC和微處理器，電流瞬時期間會出現(xiàn)輸出電壓的峰值偏差,。如果核心電壓(VCC)超出指定的容差" title="容差">容差上限,，IC必須重設(shè)，否則會發(fā)生邏輯錯誤,。為避免發(fā)生這種狀況,，設(shè)計人員需要更注意所使用的負載點(point-of-load, POL)模塊瞬時效能,。
最新GHz級DSP之類的數(shù)字負載需要相當(dāng)快速的瞬時響應(yīng)" title="瞬時響應(yīng)">瞬時響應(yīng)，以及相當(dāng)?shù)偷碾妷浩?。為達到這些目標(biāo),，通常需要為DC/DC" title="DC/DC">DC/DC轉(zhuǎn)換器加裝多個輸出電容，讓它在回饋回路響應(yīng)前有足夠的維持時間,。使用電源模塊" title="電源模塊">電源模塊,，并加裝電容以符合電壓瞬時容差后，便形成一套完整的電源解決方案,。
由于設(shè)計人員逐漸增加輸出電容" title="輸出電容">輸出電容,，因此瞬時幅度會降低，然而,，增加電容會降低電源系統(tǒng)頻寬,，高電能儲存的優(yōu)點會被緩慢的響應(yīng)時間抵消。
更快速的瞬時響應(yīng)
借由創(chuàng)新的DC/DC電源模塊技術(shù),，系統(tǒng)設(shè)計人員如今能夠運用較少的輸出電容,，達到更快速的瞬時響應(yīng)及更低的電壓偏差。德州儀器的T2系列新一代PTH模塊(見圖1)便是其中一例,，這個系列的模塊結(jié)合一項全新的TurboTrans技術(shù),，能夠大幅減少客戶為達到特定電壓偏差目標(biāo)而使用輸出電容的需求。這項專利技術(shù)的運作方式是修改模塊的控制回路,，讓設(shè)計人員自行調(diào)整模塊,，以符合特定的瞬時負載需求，只需增加一個外部電阻就可以完成調(diào)整工作,。
圖1 采用TurboTrans的T2電源模塊
在高瞬時負載的應(yīng)用中,，TurboTrans技術(shù)能夠讓設(shè)計人員減少高達8倍數(shù)量的輸出電容，同時將電壓偏差降低,，因此能夠節(jié)省電容成本與印刷電路板空間,。這項技術(shù)的另一項優(yōu)點是提升超低ESR電容的穩(wěn)定性。設(shè)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(wěn)定性問題。如此一來,，便能夠運用可達到高溫?zé)o鉛焊錫規(guī)范的電容技術(shù),。
更快速的瞬時響應(yīng)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目標(biāo)的需求。對于TI的額定30A PTH08T210W之類的模塊,，經(jīng)證實可減少高達8倍數(shù)量的電容,。圖2顯示改變量為5A/μs的10A負載步階所需的50mV最大偏差瞬時目標(biāo)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,。電壓偏差由于瞬時而達到150mV,。為滿足所需的50mV偏差值，設(shè)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功能的模塊常見的結(jié)果。第三張圖則顯示使用TurboTrans功能的結(jié)果,，其中只需要1320μF的輸出電容,。
圖2 瞬時響應(yīng)vs.電容
這個范例顯示減少的電容有8倍之多。當(dāng)然,，減少所需的電容與使用的電容類型有關(guān),，因為每個電容類型都有各自的寄生阻抗。不同的電容類型有不同的ESR與ESL特性,，低ESR電容貯電模塊相當(dāng)適合采用TurboTrans技術(shù),。
透過先進的TurboTrans技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計人員如今能夠在較短的設(shè)計過程中以極低的成本使用POL模塊,，以達到特定的瞬時負載需求,。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(jù)數(shù)據(jù)表決定電阻的值與所需的電容數(shù)量。
圖3 接上TurboTrans的T2系列電源模塊
許多設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)可以使用所有陶瓷電容或聚合物鉭質(zhì)電容,，因為這些電容的體積很小,，而且可達到無鉛焊錫的規(guī)范。在過去,，使用這些電容會引發(fā)某些POL電源模塊的穩(wěn)定性疑慮,。使用TurboTrans后，T2模塊的穩(wěn)定性會實質(zhì)提升,，因此可達到適切控制的瞬時負載響應(yīng)(見圖4),。
圖4 使用及不使用TurboTrans時的輸出電壓偏差
提升效能與設(shè)計彈性
另一方面，TI的SmartSync功能也能夠協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計人員使用需要復(fù)雜電源配置設(shè)定的IC,。當(dāng)電源模塊以不同頻率運作時,，這些頻率的總和與差異所造成的拍差頻率(beat frequency)會使EMI濾波不易達成。圖5顯示兩個信號范例,，第一個信號的頻率為300kHz,，第二個信號的頻率為301kHz。拍差頻率為1kHz,。SmartSync能夠讓設(shè)計人員將多個T2模塊的切換頻率同步為特定頻率,，經(jīng)過同步的模塊可消除拍差頻率，并且使EMI濾波更容易達成。
圖5 產(chǎn)生1kHz拍差頻率的兩個POL電源模塊
SmartSync允許將同步頻率設(shè)定為高于或低于模塊的一般自由運作頻率,。SmartSync可用來為頻率范圍介于240～400kHz之間的T2模塊進行同步,，因此能夠讓此設(shè)計發(fā)揮最佳化的模塊效率，也可用于不讓噪聲敏感電路出現(xiàn)這類頻率,，以便將切換噪聲保持在特定的范圍之外(也就是接收器的IF頻率),。可一并同步的T2模塊沒有數(shù)量方面的限制,。
這項技術(shù)的另一項優(yōu)點是減少輸入電容,。T2模塊能夠以不同的相位角度進行同步 (使用外部電路系統(tǒng))。在某些應(yīng)用中,，這可平衡來源電流,，并且能夠使用較小的輸入電容。
輸出調(diào)節(jié)的改善
相較于前幾代的5%容差,，TI的全新TCI6482,、FPGA、ASIC及微處理器等先進DSP需要更小的3%核心電壓(VCC)容差,，這個容差必須包含由于靜態(tài)(DC)與動態(tài)(AC)等操作條件變更而造成的所有輸出電壓偏差,。為符合這項規(guī)格，T2電源模塊的設(shè)計必須達到更小的1.5% DC容差,，做法包括設(shè)定點精確性,、負載/線路調(diào)節(jié)、溫度變化與長時間漂移,。
如果DC容差為1.5%,，則由于瞬時負載造成的AC偏差必須小于1.5%。全新的T2電源模塊結(jié)合相當(dāng)嚴格的DC調(diào)節(jié)與TurboTrans技術(shù),，可便于將任何運作條件下的輸出電壓維持在3%的容差內(nèi),。所有T2電源模塊都含有差動遙感(differential remote sense)，可協(xié)助在負載時維持這個高度精確性,。