電源「老三篇」，ADI要這樣玩出新花樣

在半導體技術中，與數字技術隨著摩爾定律延續神奇般快速更新迭代不同，模擬技術的進步顯得緩慢，其中電源半導體技術尤其波瀾不驚，在十年前開關電源就已經達到90+%的效率下，似乎關鍵指標難以有大的突破，永遠離不開的性能「老三篇」——效率、尺寸、EMI/雜訊，少有見到一些突破性的新技術面市。

在前不久舉辦的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產業和技術展望研討會上，ADI電源產品中國區市場總監梁再信(Lorry)就高性能電源技術的發展態勢與創新趨勢發表了演講，並向業界媒體揭了 「家底」——ADI電源品牌Power By Linear的技術家底，以及在電源領域的不同玩法。

1+1>2之ADI「Power by Linear」

ADI成功併購Linear讓業界驚呼模擬半導體的世界版圖被重新解構，兩個高性能模擬技術的領頭羊的融合到底將帶來哪些改變呢?或許Lorry分享的這張圖能說明問題，對ADI產業版圖帶來最大改變的無疑是電源。ADI在定製化電源領域的優勢與Linear在電源領域的傳統強勢，形成非常明顯的1+1>2的整合效應。併購Linear後的ADI在全球電源市場中也已穩穩佔據了第二的位置，並前所未有的保留了收購對象的品牌(ADI新的電源子品牌——Power by Linear)。毫無疑問電源市場已成為ADI全球產業布局的重要一環，那麼在繼承Linear電源領域強大技術資源之後的ADI，有哪些強大的新優勢呢?

與Linear的合併帶來最大的增強產品線是電源，Power By Linear的新品牌正在實現1+1>2的整合效應。

Lorry表示整合Linear的電源技術後Power by Linear未來將繼續在三大方向發力：

l Form Factor— 在做出高性能電源的同時，減少PCB尺寸以及增加更多的功能

l Efficiency— 做到更加節能、提高效率，不斷突破極致

l EMI— 提高產品的可靠性、創新性，設計出更完美的雜訊處理方案

沒錯，電源技術不可能逃出這「老三篇」，但關鍵的三大指標如何實現新突破卻是八仙過海各顯神通，Lorry在他的演講中強調了ADI的獨家「神通」秘笈。

三招並舉，「Form Factor」小型化大躍進

要想做出高集成度的電源產品，實現更小的「Form Factor」，電路板小尺寸、薄型化以及大電流化是關鍵方向。

那要怎麼縮小電路板尺寸?「我們首先就是要做好電源模塊，讓產品設計工程師專註於做系統級設計，而不用花時間去調一個複雜的電源系統。」Lorry表示。他給出了下圖的某個系統IO和內核供電系統的示例，成功節省30到100倍的元器件數量，而且整個系統的可靠性也會得到提升。

ADI是如何做到30到100倍元器件節省的呢?「這主要源於ADI在過去幾十年發展過程中衍生的一系列可匹配現在電路板的應用模塊，包括系統級電源(3.3V或者IO電源)、低EMI低雜訊電源模塊等。」Lorry指出，「比如從四年前的LTM8050(高輸入電壓2A)是15mm×9mm×4.92mm的封裝規格，到現在的LTM8063(高輸入電壓2A)是6.25mm×4mm×2.22mm，體積很顯著的縮小了。」那未來還能不能做得更小呢?Lorry在介紹ADI電源模塊尺寸發展史時透露，更小尺寸的將會在下半年或者明年發布。

第二大關鍵就是如何做薄。對於這一點，Lorry表示ADI已經發布了1.82mm的產品，其中設計的電源能夠與主晶元共用同樣的散熱器。Lorry還指出，薄型化電源的設計是ADI電源技術向高集成度發展路上極其重要的一環，這也是未來電源模塊發展的一大方向。

解決大電流的問題是電源設計的另外一個關鍵點，Lorry以FPGA的0.8V內核電壓、100A的輸出電流為例進行了分享：「2010年時需要12片LTM4601;2012年時需要4片LTM4620;2014年發布的LTM4630隻要3片;而到了2016年，兩片LTM4650 就能達到目標。」Lorry 指出，「今年7月份，ADI會發布一款新品——LTM4700，一塊就能達到上述目標。」八年十二倍的提升，Lorry的分享的這組數據讓與會媒體人士印象深刻!

那麼ADI為什麼可以做到單片支持100A呢?Lorry從電源模塊封裝技術上給出了說明。ADI的電源模塊共經歷了四代技術更新：第一代是將PCB邦定電容、電阻、電感，做一個塑型封裝;第二代是在第一代基礎上內嵌金屬散熱襯底，加快散熱;第三代則是加入COP技術，改善它的效率，從而也改進了它的性能。

Silent Switcher，EMI進化標杆

電源的雜訊和干擾似乎是設計工程師永遠的痛，怎樣才能減少工程師在系統設計中的雜訊和干擾苦惱呢?Lorry指出，EMI一般是由電源干擾引起的，為解決這個問題ADI的Silent Switcher技術特別對雜訊和干擾指標進行深度優化。而ADI現在正在推出的Silent Switcher 2能達到93%的效率下滿足CISPR25 Class 5 EMI的指標，且遠遠低於國際指標。Lorry很自信的表示：「ADI的競爭對手還處在一代技術，正在跟進第二代，而ADI內部已經著手研發第三代Silent Switcher技術了。」

Silent Switcher2到底是怎麼實現的?Lorry指出：「技術本身並不難，難點在於如何在工藝工程上讓它形成環路且在流動的時候是反向的。」如下圖示意：磁場反向形成了閉環迴路，這樣的磁場對外界的干擾會小很多。「第三代的Slient Switcher在技術上將會解決如何在超小體積、高功率模式下還能控制EMI，並且要讓EMI指標遠遠低於Class5國際標準。」 Lorry對Slient Switcher的未來發展充滿信心。

「低雜訊和紋波對電源來說這很重要。大家知道LDO就是為了降低紋波，而且也能提高效率。但電路板上還有一些給ADC用的基準電源，它的雜訊也比較低。但基準和LDO針對的應用場景卻不一樣，前者追求初始精度和長期穩定性，而後者則是追求怎樣去輸出大電流。」 Lorry補充分析道。Lorry給出的下圖對Power By Linear的超低雜訊LDO讓人印象深刻，LT3045的實測雜訊遠低於鋰電池電源的雜訊!

四個典型雜訊示波器採樣圖

超越99%，追求Efficiency的極限

「效率是全世界電源工程難題，Why?因為電感不可能是理想電感，MOS管也不可能是理想開關，這兩者都存在一定的損耗。無論是DCR還是電池轉換，都無法逾越傳統電源的弊端。」 Lorry指出，「正是為了提高效率，所以才有了開關電源的出場。」十多年前的開關電源就已經達到90+%的效率，雖然永遠不可能100%，但可以追求效率的極致。

「為了減少外圍器件的體積，我們把開關頻率提高了。但是頻率的提升會導致開關的損耗越來越大，效率也很難提升，怎麼辦?」Lorry自問自答提出的這個難題，「電感作為儲能器件一定有轉換的效率問題，所以我們考慮去掉電路中的電感，最近發布的LTC7820就是這樣一個沒有電感的開關電源。」

通過ADI創新技術和工藝方法設計出的LTC7820，是一款固定比例高電壓高功率開關電容器 / 充電泵控制器，它達到了99%左右的轉換效率，即便在2A到20A範圍的輸出電流中，也能可維持99%的電源轉換效率。也可從高達 72V 的輸入電壓實現一個 2:1 的降壓比、從高達 36V 的輸入電壓實現一個 1:2 的升壓比、或從高至 36V 的輸入電壓實現一個 1:1 的負輸出轉換比。

「雖然 LTC7820要求的電壓轉換是呈比例的才能維持99%的轉化效率，但第二代產品LTC7821 採用了一種把軟開關充電泵拓撲與一個同步降壓型轉換器相結合的專有架構，以提供比傳統開關架構更勝一籌的效率。」 Lorry 在介紹LTC7821時特地強調了其獨特的構架。

電源創新，期待ADI Power By Linear的力量

人類追求更高效率利用能源的歷史大概與人類本身一樣長，隨著環境意識增強以及物聯網應用普及、產品便攜、可穿戴的趨勢發展下，在電源的小尺寸、低EMI、高效率上的創新會依然層出不窮。作為整合後的強勢電源品牌，結合ADI高性能信號鏈技術，Power By Linear在未來高性能電源領域的表現可以有更高的期待。

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