[TI] 新一代電源模組以較少電容達到更快速的暫態響應

heavy91

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作者：Geoff Jones and Brian Narveson，德州儀器

對於複雜的電路板，例如現今的高階通訊系統，設計人員愈來愈需要為不同的 DSP、FPGA、ASIC 和微處理器提供更多的電壓軌。目前必須面對的電源系統設計挑戰，是在高速數位電路產生電流暫態的狀況下，將電壓偏差降到最低。愈來愈需要關注的問題是，在使用先進 IC 時，例如最新的
GHz級 DSP、FPGA、ASIC 和微處理器，電流暫態期間會出現輸出電壓的峰值偏差。如果核心電壓 (VCC) 超出指定的容差上限，IC 必須重設，否則會發生邏輯錯誤。為避免發生這種狀況，設計人員需要更注意所使用的負載點 (point-of-load, POL) 模組暫態效能。

最新GHz級 DSP 之類的數位負載需要相當快速的暫態響應，以及相當低的電壓偏差。為達到這些目標，通常需要為 DC/DC 轉換器加裝多個輸出電容，讓它在回饋迴路回應前有足夠的維持時間。使用電源模組，並加裝電容以符合電壓暫態容差後，便形成一套完整的電源解決方案。

由於設計人員逐漸增加輸出電容，因此暫態幅度會降低，然而，增加電容會降低電源系統頻寬，高電能儲存的優點會被緩慢的響應時間抵消。這個做法也很有可能減少相位邊限 (導致潛在性的不穩定輸出)，尤其對於極低等效串聯電阻 (ESR) 與超低 ESR 電容更是如此。

電容經過多年的演進，在容積方面的效能持續提升。即使容積效能有所提升，在增加電容後，整個電源解決方案的大小往往會是單獨一個電源模組的兩倍以上。這需要大型的印刷電路板配置，不過這可能並不是經常都能夠辦到。除此之外，在增加電容的成本後，整個電源解決方案的元件成本可能是單獨一的電源供應器的兩倍以上。

更快速的暫態響應
藉由創新的 DC/DC 電源模組技術，系統設計人員如今能夠運用較少的輸出電容，達到更快速的暫態響應及更低的電壓偏差。德州儀器的 T2 系列新一代 PTH 模組 (圖 1) 便是其中一例，這個系列的模組結合一項全新的 TurboTrans™ 技術，能夠大幅減少客戶為達到特定電壓偏差目標而使用輸出電容的需求。這項專利技術的運作方式是修改模組的控制迴路，這可讓設計人員自行調整模組，以符合特定的暫態負載需求，只需增加一個外部電阻就可以實成調整的工作。

                 圖 1. 採用 TurboTrans™ 的 T2 電源模組

在高暫態負載的應用中，TurboTrans 技術能夠讓設計人員減少高達八倍數量的輸出電容，同時將電壓偏差降低，因此這能夠節省電容成本與印刷電路板空間。這項技術的另一項優點是提升超低 ESR 電容的穩定性。設計人員便能夠使用較新的 Oscon 輸出電容、聚合物鉭質輸出電容或所有陶瓷輸出電容，而完全不需顧慮穩定性問題。如此一來，便能夠運用可達到高溫無鉛焊錫規範的電容技術。

更快速的暫態響應與更低的電壓偏差
TurboTrans 技術能夠減少增加電容以達到特定暫態目標的需求。對於 TI 的額定 30A PTH08T210W 之類的模組，經證實可減少高達八倍數量的電容。圖 2 顯示改變量為 5A/µs 的 10A 負載步階所需的 50mV 最大偏差暫態目標範例。第一張圖顯示 PTH08T210W 以 470µF 的最低需求輸出電容運作，而且 TurboTrans 功能已關閉。電壓偏差由於暫態而達到 150mV。為滿足所需的 50mV 偏差值，設計人員總共需要 10,560µF 的輸出電容，如第二張圖所示，這是未使用 Turbo Trans 功能的模組常見的結果。第三張圖則顯示使用 TurboTrans 功能的結果，其中只需要 1320µF 的輸出電容。

圖 2. 暫態響應 vs. 電容

這個範例顯示減少的電容有八倍之多。當然，減少所需的電容與使用的電容類型有關，因為每個電容類型都有各自的寄生阻抗。不同的電容類型有不同的 ESR 與 ESL 特性，低 ESR 電容貯電模組相當適合採用 TurboTrans 技術。


透過先進的 TurboTrans 技術，系統設計人員如今能夠在較短的設計過程中以極低的成本使用 POL 模組，以達到特定的暫態負載需求。如圖 3 所示，這只需要在 T2 系列模組的 VSENSE 接腳與 TurboTrans 接腳之間接上電阻，而從資料表便能夠決定電阻的值與所需的電容數量。

圖 3. 接上 TurboTrans 的 T2 系列電源模組

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摘要
較新的處理系統目前都需要逐漸升高的電流負載來達到更快速的暫態響應。一般的 POL 模組需要在裝置的輸出端增加大量電容，這意味著更高的電容成本與最大的印刷電路板空間。TI 的 T2 系列等最新一代 POL 模組能夠讓電源供應設計人員只需使用單一外部電阻，就能大幅地調整模組，以達到特定的暫態負載需求。採用此類模組，最終可達到更快速的暫態響應及更低的輸出電壓偏差，同時可減少五倍到八倍數量的電容，以節省電容成本與印刷電路板空間。此外，使用超低 ESR 聚合物鉭質電容或陶瓷電容時的系統穩定性也會提升。

T2 模組可符合新一代 DSP 的建議輸出電容。結合 TurboTrans 技術嚴格的 1.5% 容差能夠維持 3% 的 VOUT 總容差，其中包括高速電流暫態造成的電壓偏差。透過 TurboTrans、Smart Sync 及 1.5% 調節等功能，德州儀器的 T2 模組不僅能夠為高效能數位電路供電，也將大幅減少所需的成本與電路板空間。





[ 本帖最後由 heavy91 於 2009-8-26 12:12 PM 編輯 ]

wei1980

不知道這摸做到  難道是電容會變動  這樣PAPER就有發過