安森美半導(dǎo)體高能效計(jì)算機(jī)電源方案概覽及新品擷英

    安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的高性能硅方案供應(yīng)商，在高能效計(jì)算機(jī)電源方案方面擁有強(qiáng)勢(shì)的市場(chǎng)地位，是全球領(lǐng)先的臺(tái)式機(jī)電源方案供應(yīng)商，在筆記本和上網(wǎng)本AC-DC適配器電源方案領(lǐng)域的市場(chǎng)份額也高居第一。安森美半導(dǎo)體的計(jì)算機(jī)電源方案提供高性能、高能效、高集成度等重要特性，應(yīng)用于臺(tái)式機(jī)、筆記本及上網(wǎng)本的各個(gè)主要子系統(tǒng)，如中央處理器(CPU)供電、熱管理、電源及適配器電源轉(zhuǎn)換、高速接口開關(guān)及保護(hù)等。新推出的CPU電源管理和高速接口方案經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，配合英特爾最新發(fā)布的Sandy Bridge處理器。本文將著重探討安森美半導(dǎo)體新近推出的計(jì)算機(jī)電源方案，幫助工程師選擇適合的新產(chǎn)品。

    用于80 PLUS金級(jí)/白金級(jí)能效ATX電源設(shè)計(jì)的的最新高性能組合控制器
   臺(tái)式計(jì)算機(jī)向來(lái)是能效規(guī)范機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)的重要目標(biāo)。安森美半導(dǎo)體身為領(lǐng)先廠商，更是不斷推出符合最新能效規(guī)范的ATX電源控制器。例如，安森美半導(dǎo)體的ATX電源新產(chǎn)品NCP1910高性能組合控制器將臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)電源的功率因數(shù)校正(PFC)和主電源段控制器集成為單顆IC方案。這器件采用連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)功率因數(shù)校正和半橋諧振雙電感加單電容(LLC)轉(zhuǎn)換器，用于高能效80 PLUS金級(jí)/白金級(jí)能效設(shè)計(jì)。

     NCP1910結(jié)合PFC和LLC控制器于單芯片中，集成這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器所需的全部信號(hào)交換(handshaking)功能，提高了可靠性，支持更簡(jiǎn)單、更高密度的設(shè)計(jì)。NCP1910的設(shè)計(jì)用于ATX、一體機(jī)(all-in-one)及服務(wù)器電源，采用SOIC-24封裝。圖1顯示的是NCP1910的產(chǎn)品示意圖。

                                                    圖1：NCP1910產(chǎn)品示意圖。

符合各種VR規(guī)范的高能效Vcore電源控制器方案
安森美半導(dǎo)體為臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器和筆記本等提供完整系列的多相或單相Vcore控制器，包括：
    NCP6151/6121(采用Flex Mode + Dual Edge架構(gòu)，符合VR12規(guī)范)；
    NCP6131/6132(采用Flex Mode + Dual Edge架構(gòu)，符合IMVP7規(guī)范)；
    ADP4000/3290/3293 (采用Flex Mode架構(gòu)，符合VR11.1規(guī)范)；
    ADP3210/3211/3212/3218 (采用Flex Mode架構(gòu)，符合IMVP6.5規(guī)范)；
    NCP5392/5395(采用Dual Edge架構(gòu)，符合VR11.1規(guī)范)；以及
    NCP5393(采用Dual Edge架構(gòu)，符合AM2+規(guī)范)等。

安森美半導(dǎo)體的多相降壓控制器結(jié)合差分電壓及電流感測(cè)與自適應(yīng)電壓定位(adaptive voltage positioning)功能，為最新世代的CPU供電。雙緣(Dual Edge)及Flex Mode脈寬調(diào)制(PWM)控制再結(jié)合電感電流感測(cè)功能，為瞬態(tài)事件提供極快的初始響應(yīng)，因而可以采用更小的大陶瓷電容來(lái)滿足瞬態(tài)負(fù)載線路要求。這些控制器集成高性能運(yùn)算誤差放大器，能夠方便地為系統(tǒng)提供補(bǔ)償。安森美半導(dǎo)體專有的動(dòng)態(tài)參考注入技術(shù)使這誤差放大器補(bǔ)償事實(shí)上不依賴于系統(tǒng)對(duì)電壓識(shí)別(VID)變化的響應(yīng)，免除了在過(guò)沖與動(dòng)態(tài)VID性能之間的折衷。[!--empirenews.page--]

值得一提的是，NCP6151、NCP6121、NCP6131和NCP6132是安森美半導(dǎo)體配合第二代Intel® Core™處理器系列(即Sandy Bridge)最新推出的高能效電源管理器件。它們均提供用戶可配置的相位配置，集成真正的差分電壓感測(cè)、差分電感直流電阻(DCR)電流感測(cè)、輸入電壓前饋，以及用于精確穩(wěn)定電源的自適應(yīng)電壓定位功能。每款器件均提供分離(split)電流環(huán)路配置，縮短調(diào)諧(tuning)時(shí)間及降低復(fù)雜度，進(jìn)而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)入選(design-in)；其中，結(jié)合了DCR電流感測(cè)功能的雙緣PWM對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載事件提供最快的初始對(duì)應(yīng)?？刂骗h(huán)路的非線性瞬態(tài)對(duì)應(yīng)滿足高性能應(yīng)用的要求，而30 mV/s的轉(zhuǎn)換速率，結(jié)合前饋功能，將充電和放電時(shí)間縮至最短，用于高能效工作。輕載工作期間自動(dòng)“切相”至單相工作，進(jìn)一步提升了能效。這幾款器件中，NCP6151是用于服務(wù)器應(yīng)用的2/3/4相CPU控制器及單相圖形處理器(GPU)控制器，NCP6121是用于臺(tái)式機(jī)的1/2/3相CPU控制器及單相GPU控制器，而NCP6131是用于筆記本的3相CPU控制器及單相GPU控制器。

這些NCP61xx控制器結(jié)合安森美半導(dǎo)體提供的業(yè)界最小MOSFET驅(qū)動(dòng)器NCP5901(采用SOIC-8 Narrow Body或DFN8 2.0x2.0x0.9mm)或NCP5911集成，以及優(yōu)化了能效的新的NTMFS49xx、NTTFS49xx、NTD49xx或NTMS49xx高端穩(wěn)壓MOSFET，使客戶能夠創(chuàng)建用于客戶端級(jí)和企業(yè)級(jí)的完整供電方案。這系列的11款新的高能效MOSFET使用先進(jìn)硅技術(shù)，經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，在降壓轉(zhuǎn)換器控制端應(yīng)用中提供最佳的開關(guān)性能。每款新器件均提供極低的門電荷(Qg)和門阻抗(Rg)，將開關(guān)損耗降至最低，并改善信號(hào)質(zhì)量；提供低電容，將驅(qū)動(dòng)器損耗降至最低；提供低導(dǎo)通阻抗(RDS(ON))，提高總能效。圖1中分別顯示的是結(jié)合采用這些器件的臺(tái)式機(jī)和筆記本Vcore電源方案的應(yīng)用電路圖。
 
圖2：臺(tái)式機(jī)及筆記本Vcore電源方案應(yīng)用電路圖。

系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源控制器方案
安森美半導(dǎo)體除了提供用于CPU電源管理的方案，還提供用于系統(tǒng)電源、芯片組及DDR存儲(chǔ)器的電源控制器方案(參見表1)。以上網(wǎng)本應(yīng)用為例，除了可以采用ADP3211A單相降壓控制器用于CPU電源管理，還可使用安森美半導(dǎo)體用于系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源的不同控制器方案。

例如，在上網(wǎng)本應(yīng)用中可以采用安森美半導(dǎo)體的單同步整流降壓控制器NCP5217。這器件是系統(tǒng)、I/O及存儲(chǔ)器性能最佳的電源方案之一，支持4.5 V至27 V輸入電壓范圍，可提供3.3 V至0.8 V的更寬范圍電壓，具備全面的保護(hù)功能，還具備提高輕載能效的可選擇省電模式。此外，NCP5217提供的前饋(feed forward)控制，可以在上網(wǎng)本應(yīng)用出現(xiàn)較大的輸入電壓變化時(shí)仍能提供恒定的輸出電壓。這種控制架構(gòu)使各組電源間交錯(cuò)工作，能夠降低輸入電容的物料單成本。


表1：安森美半導(dǎo)體用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源的控制器方案
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提供更高能效的不同封裝MOSFET
臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器和筆記本等計(jì)算機(jī)應(yīng)用主要需要電壓不超過(guò)30 V的低壓MOSFET。安森美半導(dǎo)體為這些應(yīng)用提供豐富的N溝道及P溝道MOSFET選擇(詳見安森美半導(dǎo)體《計(jì)算機(jī)電源方案選型小冊(cè)子》)。這些MOSFET提供30 V、-30 V或25 V的漏極-源極電壓(VDS)，采用SO8-FL 5x6 mm、μ8FL 3.3x3.3 mm、DPAK、SOIC-8 5x6 mm或ICEPAK等不同封裝，為計(jì)算機(jī)電源應(yīng)用提供高能效。其中，采用ICEPAK封裝的MOSFET用于增加功率開關(guān)的功率密度。

值得一提的是，安森美半導(dǎo)體新近針對(duì)計(jì)算機(jī)等應(yīng)用推出了帶集成肖特基二極管的30 V MOSFET產(chǎn)品，包括NTMFS4897NF、NTMFS4898NF及NTMFS4899NF。這些MOSFET采用緊湊型5 mm x 6 mm SO-8FL封裝，在10 V時(shí)分別擁有2 mΩ、3 mΩ及5 mΩ的最大導(dǎo)通阻抗(RDS(on))值，針對(duì)降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中的同步端而優(yōu)化，達(dá)致更高電源能效。典型門電荷(在4.5 V門極-源極電壓(Vgs)時(shí))規(guī)格分別為39.6納庫(kù)侖(nC)、25.6 nC及12.2 nC，確保開關(guān)損耗也保持最低。集成肖特基二極管借助于集成在與初級(jí)FET結(jié)構(gòu)相同的裸片中，減小死區(qū)時(shí)間導(dǎo)電損耗，因而提升能效及改善波形。

熱傳感器、風(fēng)扇控制器及系統(tǒng)監(jiān)控器
安森美半導(dǎo)體為計(jì)算機(jī)應(yīng)用提供完整選擇的遠(yuǎn)程熱傳感器、風(fēng)扇控制器及系統(tǒng)監(jiān)控器。其中，熱傳感器將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，并通過(guò)SMBus總線傳送這些數(shù)據(jù)信息。溫度設(shè)定點(diǎn)及極限也可能通過(guò)這總線來(lái)編程。溫度信息可以用于動(dòng)態(tài)控制風(fēng)扇速度、降低可聽噪聲及能耗，并增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。先進(jìn)的系統(tǒng)監(jiān)控方案帶來(lái)電壓和電流監(jiān)測(cè)、電池檢測(cè)、閃存及GPIO功能，提供了全套系統(tǒng)狀況監(jiān)測(cè)及控制器。

這些計(jì)算機(jī)熱管理器件包括ADM1026/27/29/30/31、ADT7460/63/62/67/68/73/75/76、ADM1033/34/32、ADT7490/61A/21/81/82/83A/84A/85A/86A/88A、NCT75及NCT214等。

計(jì)算機(jī)高速接口開關(guān)器件及低電容保護(hù)器件
安森美半導(dǎo)體為服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)、筆記本和上網(wǎng)本等計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的高速接口，如PCI Express(PCIe)、DisplayPort、千兆位以太網(wǎng)(GbE)及USB 2.0等，提供多種開關(guān)器件。以服務(wù)器應(yīng)用為例，相關(guān)應(yīng)用示意圖及可以采用的器件如下圖所示。
 
圖3：安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于服務(wù)器的開關(guān)器件型號(hào)及應(yīng)用示意。

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的高速接口保護(hù)方面，安森美半導(dǎo)體同樣提供多種選擇(見表2)。這些保護(hù)方案中，既有傳統(tǒng)ESD保護(hù)方案，也有新的PicoGuard XS保護(hù)方案(見圖4)。安森美半導(dǎo)體的高速接口保護(hù)產(chǎn)品系列兼具極高的信號(hào)完整性及業(yè)界最佳的鉗位電壓，確保為敏感的高速接口提供最高等級(jí)的保護(hù)。
 
表2：安森美半導(dǎo)體針對(duì)不同高速接口應(yīng)用的不同保護(hù)方案。

值得一提的是，安森美半導(dǎo)體新的PicoGuard XS®架構(gòu)可以維持高速數(shù)據(jù)接口的信號(hào)完整性，同時(shí)提供更強(qiáng)的ESD保護(hù)能力。這種架構(gòu)向上布線并穿過(guò)封裝，而不是位于封裝下面，藉此消除走線寄生參數(shù)。這種方法將電感與ESD二極管集成在一起以匹配信號(hào)線路阻抗，從而摒棄任何類型的外部補(bǔ)償。集成電感降低鉗位電壓及受保護(hù)ASIC所流入的殘余電流，從而改善ESD保護(hù)性能。
 
圖4：傳統(tǒng)ESD保護(hù)設(shè)計(jì)與新的PicoGuard XS架構(gòu)比較。

總結(jié)：
安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的高性能硅方案供應(yīng)商，為臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器和筆記本等計(jì)算機(jī)應(yīng)用提供高性能、高能效及高集成度的解決方案，應(yīng)用于各個(gè)主要子系統(tǒng)，如中央處理器(CPU)供電、熱管理、ATX電源及適配器電源轉(zhuǎn)換、高速接口開關(guān)及保護(hù)等。安森美半導(dǎo)體針對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用也不斷推出最新的產(chǎn)品，如配合英特爾最新處理器平臺(tái)的CPU電源管理及相關(guān)器件、配合最新能效規(guī)范的ATX電源組合控制器及采用創(chuàng)新技術(shù)以更好地保護(hù)高速接口應(yīng)用的保護(hù)器件等?？蛻衾?strong>安森美半導(dǎo)體的這些高性能、高能效方案，可以開發(fā)出在市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。