高速度、高密度的光模塊電源解決方案正面臨著效率高、散熱性能好、尺寸小和排放低等諸多挑戰(zhàn)。高速度高密度光模塊被廣泛用作連接光纖和銅線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心及光網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)端點(diǎn)的接口。隨著越來越多的元器件被集成到模塊中，電源解決方案也迎來了更難的挑戰(zhàn)，需要更高的效率，更好的熱性能，更小的占板面積和更低的排放。
光模塊可能不是我們在電信基礎(chǔ)設(shè)施市場上想到的第一個系統(tǒng)。因?yàn)樗鼈兎浅Ｐ?，光學(xué)模塊很容易被遺忘——尤其是與我們在路上行駛時隨處可見的較大基站相比。但是，這兩個系統(tǒng)確實(shí)有一些共同點(diǎn)：它們必須強(qiáng)大且可靠，以最大程度地減少網(wǎng)絡(luò)停機(jī)時間。
基站和光學(xué)模塊受到空間限制——將大量的功率、處理和功能塞進(jìn)一個有限的空間——盡管光學(xué)模塊由于其超小的外形尺寸通常更適合印刷電路板 (PCB) 空間。最后，基站和光學(xué)模塊的設(shè)計人員都重視采用傳統(tǒng)四方扁平無引線 (QFN) 封裝的集成電路 (IC) 所帶來的組裝便利性。通常不希望采用晶圓芯片級封裝 (WCSP)，因?yàn)樗鼈冃枰鼜?fù)雜的制造。它們還具有較差的熱性能和相應(yīng)的較大溫升，從而降低了可靠性。
光學(xué)模塊中不斷增加的數(shù)據(jù)速率和通道數(shù)需要更高的電流和新架構(gòu)以保持較小的解決方案尺寸，尤其是對于需要超過 3A 電流的導(dǎo)軌。在如此高的電流下，熱性能和可靠性再次成為問題。一個小型光模塊可以散發(fā)多少熱量？如果不能將其全部消散到周圍環(huán)境中，IC 會變得多熱，會不會太熱？新的解決方案如何能夠提供更高的電流，同時又小巧、堅固且易于組裝？
為電源實(shí)現(xiàn)更小尺寸的第一步是提高開關(guān)頻率。但這也增加了功率損耗和溫升。幸運(yùn)的是，頻率不是我們可以轉(zhuǎn)動以變小的唯一旋鈕。將高電流分成兩個低電流相位允許我們使用兩個較小的電感器，而不是一個較大的電感器。這節(jié)省了成本和 PCB 空間，同時提高了效率。更高的效率還意味著要消散的熱量更少，從而緩解了熱挑戰(zhàn)。我會在一分鐘內(nèi)詳細(xì)討論這個問題。
除了尺寸之外，魯棒性也是光模塊的一個關(guān)鍵特性。在光學(xué)模塊中獲得穩(wěn)健性的一種方法是讓模塊本身檢查數(shù)據(jù)信號的性能并報告維護(hù)需求或徹底的系統(tǒng)故障。當(dāng)主處理器自我調(diào)整以優(yōu)化其性能時，魯棒性也是可能的。TPS62480等電源 IC以兩種獨(dú)特的方式幫助解決此問題：電壓裕度和熱監(jiān)控。
電壓選擇 (VSEL) 引腳可以在兩個可定制的電平之間簡單地改變輸出電壓。主處理器切換 VSEL 引腳以改變輸出電壓以補(bǔ)償其強(qiáng)硅或弱硅，或針對不同的操作模式調(diào)整其性能。這兩者都可以降低模塊的功耗，從而降低相應(yīng)的溫升。
如果TPS62480電源的溫升仍然過高，則其熱良好 (TG) 功能會起作用。如果溫度接近 IC 的最大額定值，TG 引腳會變低以提醒主機(jī)處理器。一旦主機(jī)處理器接收到這個預(yù)警信號，它就可以降低處理能力或數(shù)據(jù)速率，或者將可能的維護(hù)問題通知系統(tǒng)主機(jī)。圖 1 顯示了包含 VSEL 和 TG 特性的典型原理圖。
圖 1：TPS62480提供了一個 VSEL 引腳以在兩個電平之間輕松調(diào)整輸出電壓，以及一個 TG 引腳以提醒主機(jī)溫度升高
最后，TPS62480采用 QFN 樣式、易于組裝的HotRod? 封裝。這種創(chuàng)新的封裝技術(shù)可將 6A 電源裝入 2.5mm x 3mm 的封裝中，并提供小于 80mm 2的總解決方案尺寸。因?yàn)樗拖褚粋€標(biāo)準(zhǔn)的 QFN，所以封裝的熱阻很低，因此溫升也很低。結(jié)合兩相方法的高效率，低溫升可以在高于 85 ° C 的環(huán)境溫度下以全功率運(yùn)行而不會降額。圖 2 顯示了降額曲線。
圖 2：TPS62480的高效率和良好的熱性能使其即使在 85°C 環(huán)境溫度以上也能實(shí)現(xiàn) 6A 的全輸出電流
光學(xué)模塊現(xiàn)在有機(jī)會實(shí)現(xiàn)所需的更高電流電源，同時具有小尺寸、堅固性和易于組裝的特點(diǎn)。
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