集成穩(wěn)壓器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個新類別，它聲稱已經(jīng)緩解了功率密度和能源效率之間長達數(shù)年的平衡行為。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創(chuàng)立，創(chuàng)造了 5 × 5-mm 的占位面積，可消除或集成分立元件。

在典型的電源管理 IC (PMIC) 解決方案中，許多分立元件使其速度慢、成本高且體積大。該公司的 EP70xx 系列 PMIC 稱為集成穩(wěn)壓器，具有三路輸出 DC/DC 電源，無需外部組件（圖 1）。

圖 1：這兩種功率器件的比較顯示了提供 11A 輸出的 PMIC 和提供 10A 輸出的 Empower 的集成穩(wěn)壓器。（圖片：賦能半導體）

新的電源芯片基于 Empower 的數(shù)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(zhuǎn)換器的采用。“現(xiàn)在電源系統(tǒng)設(shè)計人員不必擔心濾波設(shè)計以及他們將使用哪種電感器，”全球銷售和營銷高級副總裁 Steve Shultis 說。

Empower 是如何消除所有分立元件并以可放置在系統(tǒng)任何位置的微小外形尺寸使芯片可配置和可編程的？Shultis 說，雖然有一些電容器技術(shù)可以實現(xiàn)尺寸小型化，特別是在基于 CMOS 的電容器中，但真正的創(chuàng)新是消除了磁性。“電感器 IP 是秘訣，”他說。

根據(jù) Empower 的首席執(zhí)行官、總裁兼創(chuàng)始人 Tim Phillips 的說法，當您希望事情變得更小時，電感器一直是個問題。“因此，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。”

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，主要是通過堆疊芯片，這導致成本和設(shè)計簡單性之間的權(quán)衡。然而，菲利普斯說，該行業(yè)現(xiàn)在在開關(guān)頻率方面遇到了障礙，因為它開始影響效率。“它不能在不損失效率的情況下變得更密集。”

數(shù)據(jù)中心是唾手可得的果實

當談到開關(guān)速度和電源效率之間的權(quán)衡時，數(shù)據(jù)中心就是一個很好的例子，Shultis 稱這對于公司的新電源芯片來說是唾手可得的果實。為什么？雖然每個人都專注于提高數(shù)據(jù)速率，但工程師們不知道如何處理功耗問題。“目前，數(shù)據(jù)中心正試圖通過熱管理和液體冷卻等技術(shù)來管理電力，”舒爾蒂斯補充道。

數(shù)據(jù)中心的散熱量已經(jīng)達到極限。換言之，無論是網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC)、服務(wù)器還是光纖收發(fā)器，數(shù)據(jù)中心的功耗都達到了極限。例如，服務(wù)器驅(qū)動了數(shù)據(jù)中心 40% 的用電量。

因此，雖然光纖收發(fā)器等具有極高密度的微型設(shè)備無法繞過電源管理，但更糟糕的是電源變得太大。結(jié)果，由于它們的大小，它們離負載點太遠了。

但是，如果系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在高耗電的處理器旁邊進行電源管理，它將顯著提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以直接集成到負載旁邊，為設(shè)計人員提供終極密度，同時消除分布損耗，”菲利普斯說。

然后是芯片在運行中調(diào)整處理器電壓的能力。它可以在 20 ns 內(nèi)瞬間將電壓從 0.5 擴展到 1 V。如今，它通常在 30 μs 內(nèi)完成（圖 2）。這相當于處理器方面的節(jié)能，而芯片消除了轉(zhuǎn)換時間，這是一個有損事件。

圖 2：新芯片中的超快動態(tài)電壓縮放使處理器能夠在納秒內(nèi)改變電源狀態(tài)。（圖片：賦能半導體）

與 SoC 共同封裝

Empower 高管將數(shù)據(jù)中心作為主要見證，強調(diào) EP70xx 芯片的更小尺寸、功率密度和動態(tài)電壓縮放功能也適用于 AI、5G 和手機設(shè)計。DC/DC 轉(zhuǎn)換現(xiàn)在在每個市場中都有應(yīng)用，EP70xx 芯片為設(shè)計人員簡化了它。

設(shè)計人員可以簡單地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(shè)置，然后通過 I 2 C/I3C 端口加載它。他們不必擔心輸入和輸出濾波器設(shè)計、反饋電阻和環(huán)路補償。

Shultis 表示，將芯片集成到片上系統(tǒng) (SoC) 中引起了很大的興趣，因為它很小并且可以放在處理器基板的下面。“它非常薄，甚至可以集成在封裝的底部，”他說。

EP70xx 系列集成電壓調(diào)節(jié)器包括九種可用于各種電流配置的器件。樣品和演示板可用，而全面生產(chǎn)計劃在年底進行。

審核編輯 黃昊宇