【導讀】集成電壓調節(jié)器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個新類別,它聲稱已經緩解了功率密度和能源效率之間長達數年的平衡問題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創(chuàng)立,該公司創(chuàng)建了 5 × 5 毫米的封裝,可以消除或集成分立元件。
集成電壓調節(jié)器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個新類別,它聲稱已經緩解了功率密度和能源效率之間長達數年的平衡問題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創(chuàng)立,該公司創(chuàng)建了 5 × 5 毫米的封裝,可以消除或集成分立元件。
在典型的電源管理 IC (PMIC) 解決方案中,許多分立組件使其速度緩慢、昂貴且龐大。該公司的 EP70xx 系列 PMIC(稱為集成電壓調節(jié)器)具有三路輸出 DC/DC 電源,無需外部組件(圖 1)。
圖 1:兩種功率器件的比較顯示提供 11A 輸出的 PMIC 和提供 10A 輸出的 Empower 集成穩(wěn)壓器。 (圖片Empower Semiconductor)
新型電源芯片基于 Empower 的數字可配置硬件平臺,通過在單個 IC 中提供多個電源,簡化了 DC/DC 轉換器的采用?!艾F在電源系統(tǒng)設計人員不必擔心濾波設計以及他們將使用哪種電感器,”銷售和營銷副總裁 Steve Shultis 表示。
Empower 如何消除所有分立組件,并使芯片以可放置在系統(tǒng)中任何位置的微小外形進行配置和編程?Shultis 表示,雖然有些電容器技術可以實現尺寸小型化,特別是基于 CMOS 的電容器,但真正的創(chuàng)新是消除磁性。“電感器 IP 是秘密武器,”他說。
Empower 執(zhí)行官、總裁兼創(chuàng)始人 Tim Phillips 表示,當您希望產品變得更小時,電感器始終是一個問題?!耙虼?,通過消除磁性元件和多層陶瓷電容器 (MLCC),整個封裝變得比典型電源系統(tǒng)中使用的電感器小三到五倍?!?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
菲利普斯補充說,過去五年來,業(yè)界一直在解決功率密度問題,主要是通過芯片堆疊,這導致了成本和設計簡單性之間的權衡。然而,菲利普斯表示,該行業(yè)現在在開關頻率方面遇到了障礙,因為它開始影響效率?!霸诓粨p失效率的情況下,它不可能變得更密集?!?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
數據中心是一個容易實現的目標
當談到開關速度和電源效率之間的權衡時,數據中心就是一個很好的例子,Shultis 稱這是該公司新型電源芯片的一個容易實現的目標。為什么?雖然每個人都專注于提高數據速率,但工程師卻不知道如何降低功耗?!澳壳?,數據中心正試圖通過熱管理和液體冷卻等技術來管理電力,”Shultis 補充道。
數據中心的散熱能力已經達到極限。換句話說,無論是網絡接口卡 (NIC)、服務器還是光纖收發(fā)器,數據中心的功耗都已達到極限。例如,服務器消耗了數據中心 40% 的電力。
因此,雖然光纖收發(fā)器等密度極高的微型設備無法繞過電源管理,但更糟糕的是電源變得太大。結果,由于它們的尺寸,它們距離負載點太遠。
然而,如果系統(tǒng)設計人員能夠在高耗電的處理器旁邊進行電源管理,則將顯著提高能源效率?!癊P70xx 芯片非常小,可以集成在負載旁邊,為設計人員提供密度,同時消除配電損耗,”Phillips 說。
然后,芯片能夠動態(tài)調整處理器上的電壓;它可以在 20 ns 內瞬間將電壓從 0.5 縮放至 1 V。如今,通??梢栽?30 μs 內完成(圖 2)。這相當于處理器端的節(jié)能,同時芯片消除了有損事件的轉換時間。
圖 2:新芯片中的超快動態(tài)電壓調節(jié)功能使處理器能夠在納秒內改變電源狀態(tài)。(圖片Empower Semiconductor)
與 SoC 共同封裝
在以數據中心作為主要見證的同時,Empower 高管強調,EP70xx 芯片更小的占地面積、功率密度和動態(tài)電壓調節(jié)功能也適用于 AI、5G 和手機設計。DC/DC 轉換現已遍布各個市場,EP70xx 芯片為設計人員簡化了它。
設計人員只需將芯片放置在沒有分立元件的 PCB 上,使用圖形用戶界面 (GUI) 選擇設置,并通過 I 2 C/I3C 端口加載即可。他們不必擔心輸入和輸出濾波器設計、反饋電阻器和環(huán)路補償。
Shultis 表示,人們對將芯片集成到片上系統(tǒng) (SoC) 很感興趣,因為它很小并且可以安裝在處理器基板的底部?!八浅1?,甚至可以集成在封裝的底部,”他說。
EP70xx 系列集成穩(wěn)壓器包含九種具有多種當前配置的器件。樣品和演示板現已提供,計劃于年底全面量產。
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