什么是片上穩(wěn)壓器和片內(nèi)穩(wěn)壓器?他們的作用是什么?隨著我們的生活對(duì)移動(dòng)計(jì)算和手持設(shè)備的需求日益增長(zhǎng),，系統(tǒng)設(shè)計(jì)從分立器件轉(zhuǎn)向高度集成的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC),，同時(shí)后端服務(wù)器需要更快的計(jì)算處理能力，以滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理需求。其中的一個(gè)趨勢(shì)是開發(fā)環(huán)保且使用壽命更長(zhǎng)的電池,。這就要求更復(fù)雜的電源管理方案，穩(wěn)壓器在其中扮演了關(guān)鍵角色，因此如何放置穩(wěn)壓器對(duì)于提高性能至關(guān)重要。

    一個(gè)典型的穩(wěn)壓器,。“電源設(shè)備(Power Supply Unit)”是穩(wěn)壓器的電源,。服務(wù)器,、臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的電源通常是 12V，移動(dòng)設(shè)備的電源是 3.3V,。1.0V 穩(wěn)壓器通常用于核心數(shù)字電路的供電,，而 IO 通常為 1.8V?！皷艠O驅(qū)動(dòng)器”的占空比決定了開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓,。低通 LC 濾波器的采用是為了消除輸出電壓軌上的紋波。為了給敏感的模擬電路供電,，使用單獨(dú)的 LDO,。

    將穩(wěn)壓器置于裸片上是因?yàn)橄旅娴膸讉€(gè)好處：

    ?更精細(xì)、更快速的電源管理：片上穩(wěn)壓器可以更好地控制關(guān)閉未使用的電路從而節(jié)省功耗,。對(duì)于片外穩(wěn)壓器,，從睡眠狀態(tài)喚醒所需的時(shí)間是微秒(μs)級(jí)，而片上穩(wěn)壓器則是納秒(ns)級(jí),。這有助于提供更嚴(yán)格的功耗控制,，對(duì)掌上設(shè)備而言就是延長(zhǎng)了電池的使用壽命，對(duì)服務(wù)器則是降低了散熱成本,。

    ?降低 I2R 功耗：一個(gè)典型的服務(wù)器處理器在滿負(fù)荷時(shí)的功率是 65W,。如果電壓為 1V，就需要傳送 65A 電流,，這么大的電流需要較寬的走線以保證低 I2R 損耗,。若在 2V 電壓下提供相同的功率，電流減小到一半(32.5A),，在 I2R 損耗相同的情況下走線寬度變小,。I2R 損耗的減小也可以減小板尺寸。

    ?節(jié)省 PCB 面積：PCB 的可用面積非常寶貴,，減小 PCB 面積就可以縮小外形尺寸,。通過將穩(wěn)壓器放置在裸片上，可以去除與之相關(guān)的元件,，從而節(jié)省 PCB 面積并減少 BOM,。

    既然片上穩(wěn)壓器有這些好處，為什么有些設(shè)計(jì)仍然傾向于片外穩(wěn)壓器呢?為了回答這個(gè)問題,，我們先來討論穩(wěn)壓器的構(gòu)建模塊以及使用片上穩(wěn)壓器或片外穩(wěn)壓器的利弊權(quán)衡,。

    ?電源傳送電路(Power Train)：電源傳送電路為穩(wěn)壓器提供了兩條傳導(dǎo)路徑，一條是從 VIN 到濾波器，另一條是從濾波器到地,。在所有的穩(wěn)壓器中,，VIN 到濾波器的路徑都是 PFET 或 NFET 開關(guān)。另一方面,，從濾波器到地的路徑要么是二極管要么是 NFET,。在這兩條路徑上使用 FET 可以得到更好的電壓調(diào)節(jié)性能。第一個(gè)權(quán)衡是 FET 上的額定電壓,。片外 FET 有幾種類型并且可以支持超過 400V 的電壓,。相比之下，片上 FET 由于采用典型的 CMOS 工藝,，最多可以支持 3.3V 電壓,，而對(duì)于處理器，最多只能支持 2V 電壓,。

    ?另一個(gè)權(quán)衡是電源傳送電路的功耗,。片外 FET 有額外的空間來散熱，但片上 FET 沒有,，這就增加了整個(gè)裸片溫度,，需要額外的散熱管理設(shè)計(jì)。電源傳送電路置于裸片上可以提供高達(dá)幾百兆赫的開關(guān)頻率,，從而減小濾波器尺寸。另外電源傳送電路在裸片上也會(huì)使電源引腳的數(shù)量增加一倍,，因?yàn)樾枰~外的引腳將電源傳送電路的輸出連接到濾波器,。

    ?電感：電感與電容一起形成低通濾波器，用來抑制輸出端的紋波電壓,。穩(wěn)壓器所需的電感通常較大,，因此電感不能置于裸片上。片外穩(wěn)壓器使用現(xiàn)成的 SMD 電感,。片上穩(wěn)壓器因?yàn)樵试S更高的開關(guān)頻率,，有利于減小所需電感的尺寸而達(dá)到同樣的效率，并可通過 PCB 走線來實(shí)現(xiàn),。這樣做能減少 PCB 上的元器件數(shù)量,，但代價(jià)是增加了直流電阻，從而增加損耗,。

    ?電容器：電容器用來減少穩(wěn)壓器輸出端的紋波,。對(duì)于片外穩(wěn)壓器，由于開關(guān)頻率較低,，需要較大的電容器來抑制紋波,。采用帶高頻開關(guān)的片上穩(wěn)壓器，可以使板上電容器變小,，甚至可以除去電容器,。然而,，這在裸片上還是占據(jù)了相當(dāng)大的面積，并且比起片外電容器,，其 ESR(等效串聯(lián)電阻)通常更高,。

    ?控制器：電壓調(diào)節(jié)回路控制器對(duì)穩(wěn)壓器的放置幾乎沒什么影響。對(duì)于片外穩(wěn)壓器,，控制器使用一個(gè)單獨(dú)的芯片;而對(duì)于片上穩(wěn)壓器,，控制器是裸片上控制回路的一部分。片上控制器的優(yōu)點(diǎn)是可以更好地控制調(diào)壓回路,，而且控制器可在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn),，因而在技術(shù)變化時(shí)可重復(fù)使用。

    最后,，穩(wěn)壓器是放置在片上還是片外,，還是要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來決定。當(dāng)負(fù)載電流小,，輸入電壓高,，容許較慢的喚醒和睡眠，或者電源管理粒度不是很重要時(shí),，片外穩(wěn)壓器是比較好的選擇,。基于這些原因,，LED 燈通常用片外穩(wěn)壓器供電,。相反，如果負(fù)載電流大,，輸入電壓低,，有效操作需要快速喚醒或更細(xì)的粒度，則片上穩(wěn)壓器是更好的選擇,。典型的桌面 / 服務(wù)器處理器就是使用片上穩(wěn)壓器幫助改善電源管理的一個(gè)例子,。以上就是片上穩(wěn)壓器和片內(nèi)穩(wěn)壓器的相關(guān)解析，以及他們?cè)谛酒习缪莸慕巧?/p>