【导读】于片上体系(SoC)运用中，集成电源治理芯片(PMIC)供电的电源方案需满意多项严苛的机能指标：不仅要年夜输出电流，还有需实现负载瞬态相应速率快、颠簸小，同时兼具低电磁兼容(EMC)滋扰特征、低温升、休眠模式下低功耗等特征。
ADI公司推出的单芯片开关稳压器集成为了场效应管(FET)，可撑持年夜输出电流，同时实现低功耗与低散热。此外，它们还有能满意SoC运用所需的其他要害机能要求。
作为全集成式单芯片IC解决方案，它们可显著缩减PCB占用面积，为装备小型化设计添砖加瓦。
弁言
现如今，汽车电子体系遍及采用电子节制单位(ECU)对于机械子体系举行电气化节制及治理。每一个ECU各司其职，用在履行特定功效；而现代汽车搭载了年夜量ECU，以笼罩多样化的节制需求。跟着功效整合不停深切，多个ECU功效慢慢合而为一，对于负担集中节制使命的片上体系(SoC)器件提出了更高的处置惩罚机能要求。由此，体系所需的供电电流也急剧爬升。
如图1所示，SoC由集成电源治理芯片(PMIC)天生多路差别电压，为CPU及存储器等内部功效模块供电。PMIC自己凡是采用3.3V电源供电。于汽车电子体系中，主电源通常是铅酸蓄电池，标称供电电压约12V～14V。为PMIC提供3.3V电源的通路由一级电源IC孕育发生，需要输出10A以上负载电流。因为PMIC的答应输入电压规模较窄，一级电源IC的输出电压必需连结高精度，同时对于纹波与负载扰动引起的电压颠簸举行严酷节制。
图1：SoC布局示用意
SoC电源要害要求
当负载电流需求跨越10A时，凡是采用节制器IC驱动外置场效应管(FET)的方案。为承载年夜电流并应答随之而来的散热问题，节制器IC搭配外置开关FET的分立架构更具上风。一般而言，集成FET的单芯片IC难以胜任此类年夜电流、高热应力运用场景。而LT8648S作为一款单芯片IC，可满意SoC运用的年夜电流需求，今朝已经运用在汽车电子ECU，用作SoC内部PMIC的供电电源。
图2显示了节制器IC与单芯片IC评估板的PCB结构。相较在需要外接FET的节制器IC，内置FET的单芯片IC可年夜幅缩减PCB占用面积。
图2：节制器IC及单芯片IC的PCB结构
跟着SoC机能日月牙异，供电电流需求也水长船高。LT8648S已经乐成实现量产，并作为PMIC供电电源广泛运用在汽车电子体系；但负载电流进一步晋升后，对于散热能力提出了更高要求。为此，ADI推出了LT8648SP器件以满意这一需求。如图3a所示，传统IC封装采用树脂封装硅芯片，热量重要经由过程底部裸露焊盘传导至PCB举行散热。比拟之下，LT8648SP于封装顶部处露出了硅芯片，如图3b所示。可直接于裸露芯片上加装散热片，实现高效散热。如图4所示，无散热片时，LT8648SP与LT8648S散热机能半斤八两；加装散热片后，LT8648SP的温升不足LT8648S的一半。依附这方面的机能晋升，LT8648SP可承载高患上多的负载电流。
图3：(a) LT8648S外貌；(b) LT8648SP外貌
图4：LT8648S及LT8648SP的温升对于比。
如前所述，SoC对于负载电流的需求极高。跟着负载电流不停增年夜，电磁兼容性(EMC)设计难度也随之加年夜，需分外增长滤波电路与外围器件，致使体系繁杂度节节爬升。直接与蓄电池相连的主电源IC，于ECU内部对于电磁兼容的影响尤为凸起，必需具有优秀的辐射发射(RE)与传导发射(CE)机能。LT8648S/LT8648SP搭载ADI的专利Silent Switcher® 2架构。如图5所示，Silent Switcher技能经由过程对于称安插输入电容来降低电磁辐射，将电磁场约束于IC周边区域，年夜幅晋升了EMC机能。Silent Switcher 2技能进一步优化EMC体现，将输入电容集成至封装内部、紧邻硅裸片结构，如图6所示。是以，LT8648S/LT8648SP可彻底满意汽车电子EMC尺度CISPR 25 5级要求，实测成果如图7所示。
图5：Silent Switcher布局
图6：Silent Switcher 2 LT8609S内部
图7：LT8648S辐射电磁兼容机能曲线
图8：轻载及重载之间的负载瞬态相应
车辆行驶历程中，SoC的处置惩罚负载会瞬息万变、年夜幅颠簸。因为SoC的输入电流需求也会随之变化，电源IC必需具有优秀的负载瞬态相应机能。如图8所示，即便遭受年夜幅度负载电流跳变，LT8648S/LT8648SP也能快速恢复至设定输出电压，电压过冲与下冲幅度极小。这类特征对于在为SoC供电的PMIC至关主要，由于后者答应的输入电压规模很窄。
车辆熄火待机时，低静态电流就成为要害指标。待机休眠模式下，SoC会周期性叫醒以履行检测使命，随后再次进入休眠，这类事情模式称为周期性叫醒。于此模式下，LT8648S/LT8648SP必需以极低功耗供电。ADI专利的Burst Mode®（突发模式）事情模式，可年夜幅降低轻载工况下的功耗。图9为突发模式与强迫持续模式的开关波形和电感电流对于比。突发模式不采用固定频率开关，仅于输出电压低在设定阈值时才开启开关，以此削减开关动作，于轻载前提下连结高效率。体系休眠时，可将同步引脚(SYNC)拉低，开启突发模式；正常事情时则将同步引脚拉高，启用强迫持续模式。事情模式可于装备运行中无缝切换，且不会对于输出电压造成扰动。
图9：强迫持续模式及突发模式的开关波形
跟着SoC机能连续迭代，负载电流需求估计还有会进一步增年夜。如图10所示，两个LT8648S/LT8648SP器件可经由过程毗连输入及输出来实现并联，从而晋升可承载的负载电流。如图11所示，即便负载电流跨越30A，输出电压误差仍维持于极小程度。器件事情时可主动实现开关相位交错运行，防止并联事情状况下EMC机能呈现劣化。
图10：两片LT8648S并联
图11：双芯片并联事情时的LT8648S负载调解
结论
LT8648S/LT8648SP属在内置FET的单芯片电源芯片，不仅可撑持年夜输出电流，还有能于宽输入电压规模与宽温度规模内，提供高精度、高不变性的输出电压。同时，它们具有低EMC与低静态电流特征，两项机能均为汽车电子运用的必备要求。是以，它们很是合用在寻求小体积且需要年夜电流承载能力的ECU。
作者简介
Kazutaka Saito是ADI公司的现场运用工程师。他于凌力尔特和ADI公司任职时期，深耕电源治理IC范畴，堆集了富厚扎实的汽车电子客户技能撑持经验。依附多年半导体行业从业经历，他此前还有曾经主导产物研发相干事情。
