中心議題：

• 未來微處理器對電源管理的需求
• 新的電源管理架構形式
• 電源管理的集的解決方案

解決方案：

• 將控製器和驅動器IC集成到單個芯片中
• 將控製器和驅動器IC完成的功能在芯片內重新劃分

rujin，dianyuanguanlilingyudezhudaochangshangzaiweixianjindeweichuliqigongdianshangmianlinzhejudatiaozhan。zhezhongtiaozhandechuxianyuanziweiweichuliqigongdianshiyigebuduanxiangqianfazhandemubiao。

隨sui著zhe領ling先xian微wei處chu理li器qi的de每mei一yi代dai後hou續xu產chan品pin對dui電dian流liu的de需xu求qiu不bu斷duan提ti高gao，為wei了le使shi功gong耗hao保bao持chi在zai可ke管guan理li的de水shui平ping，就jiu需xu要yao把ba工gong作zuo電dian壓ya降jiang至zhi更geng低di。同tong時shi

，這zhe些xie高gao電dian流liu水shui平ping帶dai來lai極ji大da的de電dian流liu變bian化hua率lv(di/dt)，因而使電壓調節(即穩壓)也變得更加困難得多。了為緩解這一問題
，穩壓容差指標一直在不斷下降。5年前，±250mV還是可接受的
；到2005年，任何微處理器供電電源的最大穩壓容差將不得超過±25mV。

展望2005年的先進微處理器，預計未來電源供電解決方案的電流水平將從目前的60A增至130A
，同時電壓將下降到1.1V。這已帶來夠大的挑戰
，但更苛刻的要求將接踵而來，即如何在滿足800A/usdi/dt的條件下，實現±25mV的穩壓。更多的相位將在多相
、點負載(point-load)型轉換器中被采用，而頻率將從目前的500kHz不斷增加至2005年的2MHz。此外，保持目前每安培成本水平的壓力會一直存在。

從整體來看
，微處理器為DC/DC轉換器設計帶來的挑戰包含了許多技術、涉及許多領域內的專門知識。為取得成功
，廠商必須擁有達到基準水平的功率矽片功能
；其次，封裝方案絕對要是一流的；另外，有創意的控製IC方案必不可少。最後還必須采用一個先進的電源架構將所有這些整合到一起。

功率矽片

在功率矽片領域，為了滿足未來幾年微處理器將提出的預期要求，像國際整流器公司(IR)等電源管理行業的主導廠商已經取得了長足的進步。

圖1所示的是開關品質因數(FOM)，這是評判降壓拓撲結構中控製場效應管(FET)或稱高端(high-side)FET性能的一個典型方法。通過從1至2微米平麵拓撲結構變為為亞微米溝道，開關品質因數被提高了1-3倍多。



圖2所示的是同步或稱低端(low-side)FET的品質因數。在這裏
，實際上是傳導損耗主宰了處在導通電阻時域的品質因數。僅在過去的兩年中

，通過將1至2微米溝道技術升級為深亞微米水平，就使品質因數提高了約3倍，今後還有更多的改進餘地。


為滿足未來幾年內微處理器的需求，業界需沿著這條改進之路繼續前行。對控製FET來說
，通過轉向更細的線路和橫向(lateral)拓撲結構
，品質因數可獲得另一次3倍的提升。在同步FET領域，在矽溝道技術中采用越來越細的線路幾何結構還可再次獲得2.5倍bei的de提ti升sheng。在zai更geng遠yuan的de將jiang來lai，為wei了le與yu雄xiong心xin勃bo勃bo的de發fa展zhan規gui劃hua同tong步bu，業ye界jie將jiang需xu要yao采cai用yong諸zhu如ru金jin剛gang砂sha和he氮dan化hua镓jia這zhe樣yang的de替ti代dai材cai料liao。否fou則ze，功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian的de進jin步bu將jiang不bu足zu以yi滿man足zu未wei來lai微wei處chu理li器qi的de要yao求qiu。
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創新的封裝

在某些方麵，封裝本身已成為取得進步的障礙
，如SO-8的例子。該封裝是迄今為止用於麵向微處理器的點負載轉換器的最流行封裝形式。SO-8帶有1.5毫歐的封裝阻抗(DFPR)，能被裝入其中的矽片其阻抗要小於該封裝阻抗。SO-8還在熱阻方麵表現欠佳，向下至PCB板、向上到空氣散熱(18℃/瓦)兩個方向均是如此。

為了解決這些問題
，一些新型封裝已被開發出來
，如IR公司的PowerPak，以改善DFPR和熱阻問題。可解決這些問題的其它封裝方麵進展也層出不窮

，例如：銅帶(copperstrap)、LFPak以及無底座SO-8等。

盡jin管guan如ru此ci，業ye界jie還hai必bi須xu開kai發fa其qi它ta一yi些xie新xin穎ying的de封feng裝zhuang方fang法fa以yi進jin一yi步bu改gai進jin熱re阻zu性xing能neng。其qi中zhong一yi種zhong前qian景jing看kan好hao的de新xin型xing封feng裝zhuang技ji術shu是shi將jiang熱re量liang向xiang上shang推tui
，然ran後hou將jiang其qi釋shi放fang到dao電dian路lu板ban上shang方fang的de空kong氣qi中zhong
，而er不bu是shi將jiang熱re量liang向xiang下xia壓ya進jin已yi在zai吸xi收shou若ruo幹gan其qi它ta元yuan件jian發fa熱re的dePCB板。為將矽片所占麵積和阻抗降至最低，這種新型的DirectFET封裝采用一個銅“頂帽”，以便與上下雙向熱通道建立起機械強度很高的連接，從而極大地改善了DFPR和兩個方向上的熱阻問題。該設計有效地使板上功率密度得到雙倍地增加。

新的電源架構

下xia一yi步bu改gai進jin措cuo施shi則ze是shi要yao開kai發fa能neng隨sui著zhe未wei來lai幾ji代dai微wei處chu理li器qi進jin行xing升sheng級ji的de創chuang新xin控kong製zhi方fang案an和he新xin型xing電dian源yuan架jia構gou
，以yi滿man足zu這zhe些xie處chu理li器qi將jiang要yao出chu現xian的de日ri益yi增zeng長chang的de需xu求qiu。隨sui著zhe業ye界jie逐zhu步bu轉zhuan向xiang針zhen對dui同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de多duo相xiang架jia構gou，目mu前qian有you許xu多duo方fang案an可ke供gong選xuan擇ze。



第一種選擇方案是將控製器和驅動器IC集(ji)成(cheng)到(dao)單(dan)個(ge)芯(xin)片(pian)中(zhong)。這(zhe)樣(yang)
，元(yuan)件(jian)數(shu)和(he)材(cai)料(liao)成(cheng)本(ben)將(jiang)得(de)到(dao)降(jiang)低(di)，不(bu)過(guo)長(chang)的(de)走(zou)線(xian)會(hui)限(xian)製(zhi)高(gao)頻(pin)性(xing)能(neng)。這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)的(de)性(xing)能(neng)將(jiang)受(shou)製(zhi)於(yu)驅(qu)動(dong)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)並(bing)一(yi)直(zhi)傳(chuan)遞(di)到(dao)控(kong)製(zhi)器(qi)IC的大量噪聲和熱量，而且由於相位數是由所選的IC設定的，這種設計將不能靈活地根據不斷變化的需求增加相位數。采取IC級聯的方法將隻會增加該方案的成本和複雜性。

第二種可選方案是將驅動IC與控製IC分離。這種作法縮短了走線，並保證了更高頻性能。因驅動器IC與yu功gong率lv輸shu出chu級ji會hui非fei常chang緊jin密mi地di耦ou合he在zai一yi起qi
，故gu其qi產chan生sheng的de噪zao音yin也ye更geng少shao。但dan這zhe種zhong設she計ji仍reng具ju有you相xiang位wei數shu固gu定ding的de缺que限xian
，且qie電dian流liu感gan應ying要yao通tong過guo很hen長chang的de互hu連lian走zou線xian進jin行xing傳chuan導dao，很hen可ke能neng會hui產chan生sheng延yan時shi並bing增zeng加jia複fu雜za性xing。

一種更有吸引力的方案是將以前分別由控製器和驅動器IC完成的功能在芯片內重新劃分。對控製器來說，諸如可編程電壓鑒別電路

、一個PWM斜坡振蕩器、一個誤差信號放大器
、偏置電壓和檢錯等功能在一個多相設計中僅出現一次。驅動IC現在變成一個相位IC
，管理該設計每一相位中所有要重複的功能。這些功能包括電流分配
、PWM
、相位時序
、電流感應和雙門驅動器。控製與相位IC之間的通訊由一種5線製模擬總線來完成，分別傳遞以下一些信息：偏置電壓、相位時序、電流感應/分配、PWM控製和參考調節電壓。

這(zhe)樣(yang)一(yi)種(zhong)設(she)計(ji)可(ke)將(jiang)元(yuan)件(jian)數(shu)減(jian)至(zhi)最(zui)少(shao)
，去(qu)掉(diao)了(le)驅(qu)動(dong)器(qi)噪(zao)聲(sheng)和(he)發(fa)熱(re)的(de)不(bu)良(liang)影(ying)響(xiang)
，並(bing)允(yun)許(xu)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)相(xiang)位(wei)數(shu)。短(duan)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)走(zou)線(xian)和(he)短(duan)的(de)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)能(neng)支(zhi)持(chi)更(geng)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)也(ye)能(neng)簡(jian)化(hua)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)。這(zhe)種(zhong)靈(ling)活(huo)的(de)相(xiang)位(wei)拓(tuo)撲(pu)使(shi)設(she)計(ji)師(shi)無(wu)需(xu)進(jin)行(xing)昂(ang)貴(gui)的(de)重(zhong)複(fu)設(she)計(ji)就(jiu)能(neng)適(shi)應(ying)下(xia)一(yi)代(dai)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)的(de)更(geng)苛(ke)刻(ke)電(dian)源(yuan)需(xu)求(qiu)變(bian)化(hua)。

集成的解決方案

向未來微處理器提供基準電源管理方案的最後關鍵步驟就是將先進的功率矽片設計與一流的封裝、創新的控製IC和(he)新(xin)型(xing)的(de)電(dian)源(yuan)架(jia)構(gou)集(ji)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)完(wan)全(quan)可(ke)伸(shen)縮(suo)的(de)整(zheng)體(ti)。隻(zhi)有(you)通(tong)過(guo)對(dui)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)方(fang)案(an)的(de)協(xie)同(tong)設(she)計(ji)以(yi)及(ji)元(yuan)件(jian)性(xing)能(neng)的(de)協(xie)同(tong)匹(pi)配(pei)，才(cai)能(neng)開(kai)發(fa)出(chu)卓(zhuo)越(yue)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

因此，IR公司開發了iPOWIR係列產品。這些模塊化構造模塊包括帶FET的驅動器IC、回掃(flyback)二極管
、以及其它實現一個完整多相DC/DC電源所需的元件。這些器件能被非常緊密地耦合在一起，即便在如下圖所示的很高頻率下也能非常高效地工作。


除chu了le在zai效xiao率lv和he功gong率lv密mi度du方fang麵mian有you極ji佳jia表biao現xian之zhi外wai，這zhe些xie集ji成cheng的de構gou造zao模mo塊kuai還hai提ti升sheng了le整zheng個ge設she計ji的de可ke靠kao性xing。與yu受shou到dao各ge種zhong分fen立li元yuan件jian性xing能neng參can差cha不bu齊qi影ying響xiang的de嵌qian入ru式shi分fen立li設she計ji相xiang比bi
，這zhe些xie器qi件jian經jing過guo了le100%的測試
，確保了很小的參數變化範圍以及高度可預知的性能。

總之
，未來的微處理器需要魯棒性強並整合了最先進技術和最高工藝的DC/DC電源管理解決方案。能居於領先地位的將是這樣一些創新產品，即把基準功率矽片技術與高密度封裝技術
、尖端電路設計和先進IC整合為一個集成的、模塊化的電源設計
，並能隨著微處理器的不斷演變而升級
、擴展。