在 PCB 背面放置 DC/DC 穩(wěn)壓器可為數(shù)字 IC 在板正面留出空間

我們所有人都會(huì)從速度更快的 IC 至 IC 數(shù)據(jù)通信中受益，從提高視頻流傳送質(zhì)量到增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能，IC 之間的快速數(shù)據(jù)通信會(huì)使各種系統(tǒng)變得更加強(qiáng)大。在更短的時(shí)間內(nèi)讓更多的數(shù)據(jù)流過會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)師帶來了壓力，他們需要處理永久的數(shù)據(jù)質(zhì)量挑戰(zhàn)，需要最大限度減少非預(yù)期中引起的誤差，尤其是 PCB 布局、走線阻抗、串?dāng)_、EMI 以及其他因素導(dǎo)致的誤差。因此，縮短相互之間不斷通信的 IC 距離，為構(gòu)成密集排列的電路采用多層 PCB 是十分合理。不過這么做又引起了另一場(chǎng)戰(zhàn)斗：在不增大最終產(chǎn)品成本的前提下，盡力在 PCB 上放入更多 IC 和連接器。成本在很大程度上與 PCB 的尺寸和厚度有關(guān)。不過，就尺寸較小的電路板和層數(shù)較少的 PCB 而言，有時(shí)這又變成了哪些組件需要去掉、或者哪些功能必須去掉以降低制造成本的問題，否則設(shè)備的零售價(jià)就可能受到不利影響。這是一場(chǎng)權(quán)衡性能與功能的戰(zhàn)斗。

諸如 PCIe 卡等系統(tǒng)板的正面密集排列著 FPGA / ASIC / µP、收發(fā)器、連接器、存儲(chǔ)器 IC 和 DC/DC 穩(wěn)壓器電路，它們的高度各異，最高可達(dá)幾厘米。不過，這些電路板的背面卻常常有高度限制，僅允許放置封裝高度不超過 2.3mm 的組件 (例如電容器)，而且電路板背面大部分未使用。如果這部分空置的 PCB 由 DC/DC 穩(wěn)壓器電路使用，從而在 PCB 正面騰出一些空間，以采用諸如更多的存儲(chǔ)器 IC 等來增強(qiáng)系統(tǒng)功能，情況會(huì)怎樣呢?

LTM4622 是一款雙輸出 2.5A 或單輸出 5A (通過連接兩路輸出以實(shí)現(xiàn)均流) 降壓型微型模塊 (µModule®) 穩(wěn)壓器，采用 6.25mm x 6.25mm x 1.82mm 超薄 LGA 封裝。該器件的高度接近0805 外殼尺寸的電容器焊接后的高度，這樣的超薄封裝使該器件能夠安裝在 PCB 的背面，從而在正面為數(shù)字 IC 騰出更多空間。這種扁平封裝使該器件能夠滿足一些高度限制要求，例如 PCIe 板卡和嵌入式計(jì)算系統(tǒng)中的 Advanced Mezzanine Cards 對(duì)高度的要求。

圖 1：采用超薄封裝的纖巧 LTM4622 雙路電源

鏡像布局提供更大功率，占用更小 PCB 面積

LTM4622 的引腳配置是對(duì)稱安排的，因此對(duì)于可以并聯(lián)兩個(gè) LTM4622 以獲較大電流的應(yīng)用而言，一個(gè)器件可以放在 PCB 的正面，另一個(gè)鏡像地放置在 PCB 的背面，從而最大限度節(jié)省 PCB 面積，同時(shí)可提高輸出功率和功率密度。

靈活的雙電源僅占用 < 0.5cm2 的面積

LTM4622 具備很寬的 3.6V 至 20V 輸入電壓范圍，還可配置為用 3.3V 輸入電源工作，且直至 3.1V 都保持運(yùn)行。該器件為一個(gè)緊湊的多軌解決方案調(diào)節(jié)兩路電壓，每路輸出都可提供高達(dá) 2.5A (3A 峰值) 的電流，并能夠隨電壓、負(fù)載和溫度變化，在 0.6V 至 5.5V 之間以 1.5% 的最大總 DC 輸出電壓誤差準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。就高達(dá) 5A 的較大輸出電流而言，簡(jiǎn)單地連接輸出就可實(shí)現(xiàn)均流。

LTM4622 僅需要 3 個(gè)陶瓷電容器和兩個(gè)電阻就可構(gòu)成一個(gè)在單面 PCB 上占用面積不到 1cm2 或在雙面 PCB 上占用面積不到 0.5cm2 的解決方案。

圖 2 顯示了用于一個(gè)典型雙輸出應(yīng)用的 LTM4622 電路，該圖也說明 LTM4622 解決方案的尺寸很緊湊。該電路以12V 輸入工作時(shí)的效率和功耗如圖 3 所示。

圖 2：典型應(yīng)用：1.5V/2.5A、1.2V/2.5A 雙輸出

圖 3：采用 12V 輸入 (圖 2 所示電路) 的效率和功耗

可靠的高性能調(diào)節(jié)

LTM4622 采用接通時(shí)間受控的電流模式架構(gòu)，在寬的電壓范圍內(nèi)以良好的環(huán)路穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)了快速瞬態(tài)響應(yīng)。該器件提供短路、過壓、過熱等系統(tǒng)保護(hù)，并利用跟蹤、軟起動(dòng)和在預(yù)偏置輸出情況下進(jìn)行啟動(dòng)的能力確保了單調(diào)的輸出電壓斜坡。它未對(duì)輸入電源轉(zhuǎn)換速率施加限制。圖 4 和圖 5 顯示了圖 2 電路中 1.5V 輸出軌的快速瞬態(tài)響應(yīng)和預(yù)偏置啟動(dòng)性能。

圖 4：12V_IN、1.5V_OUT、1.25A 至 2.5A 負(fù)載階躍 (圖 2 所示電路)

圖 5：在預(yù)偏置輸出狀態(tài)下進(jìn)行 12V_IN、1.8V_OUT 啟動(dòng)

并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)較大電流應(yīng)用

LTM4622 的電流模式架構(gòu)為該器件提供了良好和可靠的逐周期電流監(jiān)視能力，允許其輸出并聯(lián)在一起，以支持高達(dá) 5A 的負(fù)載電流。

圖 6 和圖 7 顯示，當(dāng) LTM4622配置為一個(gè)兩路輸出均流，用 5V 輸入產(chǎn)生 3.3V/5A 輸出時(shí)，可具備良好的熱性能和均流性能。

圖 6：V_IN = 5V、V_OUT = 3.3V/5A、TA = 25ºC 時(shí)的熱量分布

圖 7：V_IN = 5V、V_OUT = 3.3V/5A 的均流

結(jié)論

超薄 LTM4622 為單軌和多軌應(yīng)用提供了一款高性能穩(wěn)壓器。該器件很寬的工作電壓范圍、豐富的功能和緊湊的解決方案尺寸使其成為高度靈活和可靠的解決方案，能夠放入 PCB 正面和背面最狹小的空間中。