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DC/DC 控制器简化电信和数据通信系统中的电源
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DC/DC 控制器简化电信和数据通信系统中的电源

作者:admin   发布日期:2018-11-06 22:23   信息来源:

电信和数据通讯体系中常见的下一代路由器和交换机的复杂性和可扩展性不断提高,这给电源制作带来了压力,由于人们需要供给智能灵敏、可横跨多种渠道扩展的高功率电源处理计划。体系规划师经常会需要几种基础架构变体,以能够供给高、中、低端体系,且每种体系都有一套不同的功用。可根据体系需要增设、移除或调整大小的器材类型实例包括;内容可寻址存储器  (CAM)、三元内容可寻址存储器 (TCAM)、专用集成电路 (ASIC)、全定制硅芯片和现场可编程门阵列 (FPGA)。
 
CAM 一般被描述为与随机存取存储器 (RAM) 完全不同。如欲检索 RAM 中的数据,操作体系有必要供给数据地点的存储器地址。存储在 CAM  中的数据可经过履行对内容的查询来访问,存储器检索能够找到数据的地址,并且速度比 RAM 快得多。能够断定的是,任何能够以千兆位线速率转发以太网帧的交换器都运用  CAM 进行查找。在选用 RAM 的体系中,操作体系将不得不记住存储一切内容的地址,而当选用 CAM 时,操作体系在单次操作中就能找到它所需要的东西。
 
TCAM 是一种特别类型的高速存储器,它在单个时钟周期中查找其悉数内容。“三元” 这个术语指的是存储器运用三个不同的输入 (0、1 和 X )  来存储和查询数据的能力。“X” 输入常常被称为 “随意” 或 “通配符” 状况,它使得 TCAM 能够完结根据图形匹配的更广泛查找,这与二元 CAM  截然相反,后者履行的是仅选用 “0” 和 “1” 的精确匹配查找。路由器可在这类 TCAM 中存储其悉数路由表,然后可十分快速地查表。TCAM  提高了查表、数据包分类和数据包转发速度,可是 TCAM 需要的功率大于 CAM。CAM 和 TCAM  都需要十分精确的设定点,并有严厉的电压瞬态要求,这对电源体系规划师而言是十分具有挑战性的。
 
ASIC 是另一种可在路由器和交换器中运用的器材,并且是一种针对某种特定用处定制的集成电路 (IC) ,而不是面向通用运用。新式 ASIC  常常包括整个微处理器、内存块 (包括 ROM、RAM、EEPROM、闪存器) 和其他大型单元式部件。这样的一个 ASIC 一般被称为 SoC  (片内体系),并且此类 ASIC 会需要几百安培的电流和介于0.8V 至 1.2V 范围内的内核作业电压。就像运用 TCAM 和 CAM   时一样,设定点精确度和瞬态呼应对这类处理计划的整体功能至关重要。对电源规划师而言,处理计划尺度和超卓的电流操控也是关键要求。
 
FPGA 是另一种用在电信和数据通讯体系中的器材,是一种可编程集成电路。FPGA  用在专用体系规划中,答运用户定制微处理器以满足各自的需要。这类器材有几个电压输入,满足其内核功率需要或许需要超越 100A 的电流。
 
可扩展性
 
分配给特定交换机或路由器多少 CAM 和 TCAM,取决于网络公司怎样定位其产品,即定位成低、中仍是高端体系。越贵重的体系一般就会有越足够的 CAM 和   TCAM,以支撑最高速度、最快查表和最大吞吐量。可是,有些客户不想购买高端路由器,除非这些客户能够证明,多出的购买费用是合理的。因而,需要供给具不同功用水平缓价格的多种渠道,所以,如果有一种  DC/DC 转化器能够横跨不同功率水平缓输出数量而扩展以支撑多种渠道,就会十分便当了。
 
现有处理计划一般选用多相规划,可是仅供给一个或两个输出。如果有超越两个大电流负载,用户就需要运用多个操控器,这增大了处理计划尺度、规划复杂性和本钱。此外,有些现有电源处理计划需要专门的、与标准  DrMOS 或电源构件器材不兼容的功率链路器材。凌力尔特公司供给的一种新的 DC/DC   操控器处理了这些问题,既允许横跨需要两个大电流输出的多种渠道完成可扩展性,又允许完成密集的多输出负载点处理计划。
 
具可扩展性的智能 IC 处理计划
 
凌力尔特的 LTC7851/-1 是一款多相同步电压形式降压型操控器,运用户能够灵敏地挑选一个、两个、3 个或 4   个输出,并可视外部组件挑选的不同而不同,每输出供给高达 40A 电流。一切 4 相能够兼并,以向内核电源供给 160A 电流,或许供给 4   个独立的输出,以支撑体系电源以及 ASIC 和各种不同的 I/O 电源轨。在功率链路器材方面,LTC7851/-1 能够与 DrMOS、电源构件以及分立式 N  沟道 MOSFET 加上有关栅极驱动器一同运用,然后能够完成灵敏的规划装备。用两个 IC 时,多达 8 个相位能够并联并异相守时,这对于超越 260A  的十分大的电流需要而言,能够最大极限下降输入和输出滤波要求。用 3 个 IC 时,运用一个外部时钟芯片,例如 LTC6902,多达 12 个相位就能够以 30  度相位差完成异相守时。
 
此外,并联时,LTC7851/-1 的内部辅佐电流均分环路在各个相位之间平分电流,然后能够在安稳状况和发作瞬态事情时,横跨多个 IC   在相位之间完成精确的电流均分。这不只减轻了一个通道带着太大负载电流的问题,还减轻了热量规划担负。该器材用 3V 至 5.5V 的 VCC 电源电压运转,规划为用  3V 至 27V 的输入电压完成降压转化。它产生 1 至 4 个 0.6V 至 5V 的独立输出电压。该器材的电压形式操控架构允许 250kHz 至  2.25MHz 的可选固定作业频率,或许能够同步至一个相同范围的外部时钟。输出电流经过监督输出电感器 (DCR)   两端的电压降来检测,以完成最高功率,或许经过运用一个低阻值的检测电阻器来检测。内置差分放大器面向一切输出供给真实的远端输出电压检测,以完成高精确度调理。
 
LTC7851-1 类似于 LTC7851,但电流检测放大器增益更低,十分合适运用   DrMOS、具内部电流检测的功率链路运用。每个相位的其他特色包括电流监督、可调电流约束、可编程软启动或盯梢以及独自的电源杰出信号。该器材在 –20°C 至  +85°C 的作业温度范围内保持 ±0.75%的输出电压精确度,选用 58 引线 5mm x 9mm QFN 封装。别的还应该认识到,就满足现在的定制芯片和  ASIC 的瞬态呼应要求而言,一个杰出规划的精确基准能够极大地削减所需大容量输出电容器的数量。
 
电流均衡
 
当多个 LTC7851/-1   通道并联以驱动一个共用负载时,精确的输出电流均分是完成最佳功能和功率所必不可少的。否则,如果一级供给的电流大于另一级,那么两级之间的温度就会不同,这就有或许导致更大的开关  RDS(ON)、更低的功率和更大的 RMS 纹波。在多相规划中,乃至很少数的失配也或许极大地下降整体可用功率。
 
就单输出多相运用而言,LTC7851/-1 包括一个辅佐电流均分环路,在该环路中,每个周期都对电感器电流采样。主操控器的电流检测放大器输出在 IAVG  引脚上进行均匀。从 IAVG 到 GND 衔接一个小型电容器 (典型值为  100pF),该电容器存储对应于主操控器瞬态均匀电流的电压。主操控器相位和隶属操控器相位的 IAVG 引脚连到一同,每个隶属操控器相位对其电流与主操控器电流之差进行积分。在每个相位之内,按份额求取积分器输出和体系差错放大器电压 (COMP)   之和,然后可调理该相位的占空比以均分一切电流。当多个 IC 以菊花链方式衔接时,一切 IAVG 引脚连到一同,然后导致电流呈现几个百分点的失衡。凭仗  LTC7851 严厉的电流均分规格,规划师将能够从现在的 DrMOS 器材中抽取最大输出电流。
 
瞬态呼应和电压前馈补偿
 
LTC7851 的内置差错放大器是真实的运算放大器,具大带宽、高 DC   增益、低失谐和低输出阻抗。结合运用高开关频率和低电感值电感器时,其带宽允许对补偿网络进行优化,以完成很高的操控环路穿插频率和超卓的阶跃负载瞬态呼应。此外,LTC7851 选用一种前馈校正计划完成了超卓的电压瞬态呼应功能,该计划可即时调整占空比以补偿输入电压的改变,然后明显地下降了输出过冲和下冲。这个电路还增加了一个优势,即能够使  DC 环路增益不受输入电压影响。
 
多相运转
 
多达 12 个相位能够以菊花链方式衔接,且相互之间同时异相运转。多相电源下降了输入和输出电容器的纹波电流,与单相位处理计划相比,这可明显下降 EMI   和滤波要求。RMS 输入纹波电流除以所用相位总数,有效纹波频率乘以所用相位总数。输出纹波起伏也下降了,下降数值等于所用相位总数。
 
LTC7851/-1 用于单输出、多相运用时,有必要经过将其 FB 引脚连至 VCC,制止隶属操控器的差错放大器。一切电流约束都应该仅用一个连至 SGND  的电阻器设定到相同的值。CLKOUT 信号能够连至后一个 LTC7851/-1 级的 CLKIN 引脚,以使整个体系的频率和相位保持一致。
 
结论
 
跟着路由器和交换机规划变得越来越复杂,电源体系规划师现在能够用可横跨多个渠道扩展的单一 DC/DC 操控器,树立功率水平不同的多个规划。运用  LTC7851/-1 时,能够挑选 1 到 12 个相位,每相电流高达 40A,在功率链路中可运用 DrMOS 或电源构件,这使 LTC7851/-1  能够为要求最苛刻的通讯和网络产品供给一种高度灵敏的智能处理计划。
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