在半導(dǎo)體技術(shù)中,，與數(shù)字技術(shù)隨著摩爾定律延續(xù)神奇般快速更新迭代不同，模擬技術(shù)的進(jìn)步顯得緩慢,，其中電源半導(dǎo)體技術(shù)尤其波瀾不驚,，在十年前開關(guān)電源就已經(jīng)達(dá)到90+%的效率下，似乎關(guān)鍵指標(biāo)難以有大的突破,，永遠(yuǎn)離不開的性能“老三篇”——效率,、尺寸、EMI/噪聲,，少有見到一些突破性的新技術(shù)面市,。
在前不久舉辦的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會上，ADI電源產(chǎn)品中國區(qū)市場總監(jiān)梁再信（Lorry）就高性能電源技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢與創(chuàng)新趨勢發(fā)表了演講,，并向業(yè)界媒體揭了 “家底”——ADI電源品牌Power By Linear的技術(shù)家底,，以及在電源領(lǐng)域的不同玩法。
1+1>2之ADI“Power by Linear”
ADI成功并購Linear讓業(yè)界驚呼模擬半導(dǎo)體的世界版圖被重新解構(gòu),，兩個高性能模擬技術(shù)的領(lǐng)頭羊的融合到底將帶來哪些改變呢,？或許Lorry分享的這張圖能說明問題，對ADI產(chǎn)業(yè)版圖帶來最大改變的無疑是電源,。ADI在定制化電源領(lǐng)域的優(yōu)勢與Linear在電源領(lǐng)域的傳統(tǒng)強(qiáng)勢,，形成非常明顯的1+1>2的整合效應(yīng),。并購Linear后的ADI在全球電源市場中也已穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)了第二的位置，并前所未有的保留了收購對象的品牌（ADI新的電源子品牌——Power by Linear）,。毫無疑問電源市場已成為ADI全球產(chǎn)業(yè)布局的重要一環(huán),，那么在繼承Linear電源領(lǐng)域強(qiáng)大技術(shù)資源之后的ADI，有哪些強(qiáng)大的新優(yōu)勢呢,？
與Linear的合并帶來最大的增強(qiáng)產(chǎn)品線是電源,，Power By Linear的新品牌正在實(shí)現(xiàn)1+1>2的整合效應(yīng)。
Lorry表示整合Linear的電源技術(shù)后Power by Linear未來將繼續(xù)在三大方向發(fā)力：
lForm Factor— 在做出高性能電源的同時,，減少PCB尺寸以及增加更多的功能
lEfficiency— 做到更加節(jié)能,、提高效率，不斷突破極致
lEMI— 提高產(chǎn)品的可靠性,、創(chuàng)新性,，設(shè)計出更完美的噪聲處理方案
沒錯，電源技術(shù)不可能逃出這“老三篇”,，但關(guān)鍵的三大指標(biāo)如何實(shí)現(xiàn)新突破卻是八仙過海各顯神通,，Lorry在他的演講中強(qiáng)調(diào)了ADI的獨(dú)家“神通”秘笈。
三招并舉,，“Form Factor”小型化大躍進(jìn)
要想做出高集成度的電源產(chǎn)品,，實(shí)現(xiàn)更小的“Form Factor”，電路板小尺寸,、薄型化以及大電流化是關(guān)鍵方向,。
那要怎么縮小電路板尺寸？“我們首先就是要做好電源模塊,，讓產(chǎn)品設(shè)計工程師專注于做系統(tǒng)級設(shè)計,，而不用花時間去調(diào)一個復(fù)雜的電源系統(tǒng)?！盠orry表示,。他給出了下圖的某個系統(tǒng)IO和內(nèi)核供電系統(tǒng)的示例，成功節(jié)省30到100倍的元器件數(shù)量,，而且整個系統(tǒng)的可靠性也會得到提升,。
ADI是如何做到30到100倍元器件節(jié)省的呢？“這主要源于ADI在過去幾十年發(fā)展過程中衍生的一系列可匹配現(xiàn)在電路板的應(yīng)用模塊,，包括系統(tǒng)級電源（3.3V或者IO電源）,、低EMI低噪聲電源模塊等?！盠orry指出,，“比如從四年前的LTM8050（高輸入電壓2A）是15mm×9mm×4.92mm的封裝規(guī)格，到現(xiàn)在的LTM8063（高輸入電壓2A）是6.25mm×4mm×2.22mm,，體積很顯著的縮小了,?！蹦俏磥磉€能不能做得更小呢？Lorry在介紹ADI電源模塊尺寸發(fā)展史時透露,，更小尺寸的將會在下半年或者明年發(fā)布,。
第二大關(guān)鍵就是如何做薄。對于這一點(diǎn),，Lorry表示ADI已經(jīng)發(fā)布了1.82mm的產(chǎn)品,，其中設(shè)計的電源能夠與主芯片共用同樣的散熱器,。Lorry還指出,，薄型化電源的設(shè)計是ADI電源技術(shù)向高集成度發(fā)展路上極其重要的一環(huán)，這也是未來電源模塊發(fā)展的一大方向,。
解決大電流的問題是電源設(shè)計的另外一個關(guān)鍵點(diǎn),，Lorry以FPGA的0.8V內(nèi)核電壓、100A的輸出電流為例進(jìn)行了分享：“2010年時需要12片LTM4601,；2012年時需要4片LTM4620,；2014年發(fā)布的LTM4630只要3片；而到了2016年,，兩片LTM4650 就能達(dá)到目標(biāo),。”Lorry 指出,，“今年7月份,，ADI會發(fā)布一款新品——LTM4700，一塊就能達(dá)到上述目標(biāo),?！卑四晔兜奶嵘琇orry的分享的這組數(shù)據(jù)讓與會媒體人士印象深刻,！
那么ADI為什么可以做到單片支持100A呢,？Lorry從電源模塊封裝技術(shù)上給出了說明。ADI的電源模塊共經(jīng)歷了四代技術(shù)更新：第一代是將PCB邦定電容,、電阻,、電感，做一個塑型封裝,；第二代是在第一代基礎(chǔ)上內(nèi)嵌金屬散熱襯底,，加快散熱；第三代則是加入COP技術(shù),，改善它的效率,，從而也改進(jìn)了它的性能。
Silent Switcher,，EMI進(jìn)化標(biāo)桿
電源的噪聲和干擾似乎是設(shè)計工程師永遠(yuǎn)的痛,，怎樣才能減少工程師在系統(tǒng)設(shè)計中的噪聲和干擾苦惱呢,？Lorry指出，EMI一般是由電源干擾引起的,，為解決這個問題ADI的Silent Switcher技術(shù)特別對噪聲和干擾指標(biāo)進(jìn)行深度優(yōu)化,。而ADI現(xiàn)在正在推出的Silent Switcher 2能達(dá)到93%的效率下滿足CISPR25 Class 5 EMI的指標(biāo)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際指標(biāo),。Lorry很自信的表示：“ADI的競爭對手還處在一代技術(shù),，正在跟進(jìn)第二代，而ADI內(nèi)部已經(jīng)著手研發(fā)第三代Silent Switcher技術(shù)了,?！?/p>
Silent Switcher2到底是怎么實(shí)現(xiàn)的？Lorry指出：“技術(shù)本身并不難,，難點(diǎn)在于如何在工藝工程上讓它形成環(huán)路且在流動的時候是反向的,。”如下圖示意：磁場反向形成了閉環(huán)回路,，這樣的磁場對外界的干擾會小很多,。“第三代的Slient Switcher在技術(shù)上將會解決如何在超小體積,、高功率模式下還能控制EMI,，并且要讓EMI指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Class5國際標(biāo)準(zhǔn)?！?Lorry對Slient Switcher的未來發(fā)展充滿信心,。
“低噪聲和紋波對電源來說這很重要。大家知道LDO就是為了降低紋波,，而且也能提高效率,。但電路板上還有一些給ADC用的基準(zhǔn)電源，它的噪聲也比較低,。但基準(zhǔn)和LDO針對的應(yīng)用場景卻不一樣,，前者追求初始精度和長期穩(wěn)定性，而后者則是追求怎樣去輸出大電流,?！?Lorry補(bǔ)充分析道。Lorry給出的下圖對Power By Linear的超低噪聲LDO讓人印象深刻,，LT3045的實(shí)測噪聲遠(yuǎn)低于鋰電池電源的噪聲,！
四個典型噪聲示波器采樣圖
超越99%，追求Efficiency的極限
“效率是全世界電源工程難題,，Why,？因?yàn)殡姼胁豢赡苁抢硐腚姼校琈OS管也不可能是理想開關(guān),，這兩者都存在一定的損耗,。無論是DCR還是電池轉(zhuǎn)換,，都無法逾越傳統(tǒng)電源的弊端?！?Lorry指出,，“正是為了提高效率，所以才有了開關(guān)電源的出場,?！笔嗄昵暗拈_關(guān)電源就已經(jīng)達(dá)到90+%的效率，雖然永遠(yuǎn)不可能100%,，但可以追求效率的極致,。
“為了減少外圍器件的體積，我們把開關(guān)頻率提高了,。但是頻率的提升會導(dǎo)致開關(guān)的損耗越來越大,，效率也很難提升,，怎么辦,？”Lorry自問自答提出的這個難題，“電感作為儲能器件一定有轉(zhuǎn)換的效率問題,，所以我們考慮去掉電路中的電感,，最近發(fā)布的LTC7820就是這樣一個沒有電感的開關(guān)電源?！?/p>
通過ADI創(chuàng)新技術(shù)和工藝方法設(shè)計出的LTC7820,，是一款固定比例高電壓高功率開關(guān)電容器 / 充電泵控制器，它達(dá)到了99%左右的轉(zhuǎn)換效率,，即便在2A到20A范圍的輸出電流中,，也能可維持99%的電源轉(zhuǎn)換效率。也可從高達(dá) 72V 的輸入電壓實(shí)現(xiàn)一個 2:1 的降壓比,、從高達(dá) 36V 的輸入電壓實(shí)現(xiàn)一個 1:2 的升壓比,、或從高至 36V 的輸入電壓實(shí)現(xiàn)一個 1:1 的負(fù)輸出轉(zhuǎn)換比。
“雖然 LTC7820要求的電壓轉(zhuǎn)換是呈比例的才能維持99%的轉(zhuǎn)化效率,，但第二代產(chǎn)品LTC7821 采用了一種把軟開關(guān)充電泵拓?fù)渑c一個同步降壓型轉(zhuǎn)換器相結(jié)合的專有架構(gòu),，以提供比傳統(tǒng)開關(guān)架構(gòu)更勝一籌的效率?！?Lorry 在介紹LTC7821時特地強(qiáng)調(diào)了其獨(dú)特的構(gòu)架,。
電源創(chuàng)新，期待ADI Power By Linear的力量
人類追求更高效率利用能源的歷史大概與人類本身一樣長,，隨著環(huán)境意識增強(qiáng)以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用普及,、產(chǎn)品便攜、可穿戴的趨勢發(fā)展下,，在電源的小尺寸,、低EMI,、高效率上的創(chuàng)新會依然層出不窮。作為整合后的強(qiáng)勢電源品牌,，結(jié)合ADI高性能信號鏈技術(shù),，Power By Linear在未來高性能電源領(lǐng)域的表現(xiàn)可以有更高的期待。