發布日期：2022-10-09 點擊率：98
高速度、高密度的光模塊電源解決方案正面臨著效率高、散熱性能好、尺寸小和排放低等諸多挑戰。高速度高密度光模塊被廣泛用作連接光纖和銅線網絡，數據中心及光網絡中大多數端點的接口。隨著越來越多的元器件被集成到模塊中，電源解決方案也迎來了更難的挑戰，需要更高的效率，更好的熱性能，更小的占板面積和更低的排放。
光模塊可能不是我們在電信基礎設施市場上想到的第一個系統。因為它們非常小，光學模塊很容易被遺忘——尤其是與我們在路上行駛時隨處可見的較大基站相比。但是，這兩個系統確實有一些共同點：它們必須強大且可靠，以最大程度地減少網絡停機時間。
基站和光學模塊受到空間限制——將大量的功率、處理和功能塞進一個有限的空間——盡管光學模塊由于其超小的外形尺寸通常更適合印刷電路板 (PCB) 空間。最后，基站和光學模塊的設計人員都重視采用傳統四方扁平無引線 (QFN) 封裝的集成電路 (IC) 所帶來的組裝便利性。通常不希望采用晶圓芯片級封裝 (WCSP)，因為它們需要更復雜的制造。它們還具有較差的熱性能和相應的較大溫升，從而降低了可靠性。
光學模塊中不斷增加的數據速率和通道數需要更高的電流和新架構以保持較小的解決方案尺寸，尤其是對于需要超過 3A 電流的導軌。在如此高的電流下，熱性能和可靠性再次成為問題。一個小型光模塊可以散發多少熱量？如果不能將其全部消散到周圍環境中，IC 會變得多熱，會不會太熱？新的解決方案如何能夠提供更高的電流，同時又小巧、堅固且易于組裝？
為電源實現更小尺寸的第一步是提高開關頻率。但這也增加了功率損耗和溫升。幸運的是，頻率不是我們可以轉動以變小的唯一旋鈕。將高電流分成兩個低電流相位允許我們使用兩個較小的電感器，而不是一個較大的電感器。這節省了成本和 PCB 空間，同時提高了效率。更高的效率還意味著要消散的熱量更少，從而緩解了熱挑戰。我會在一分鐘內詳細討論這個問題。
除了尺寸之外，魯棒性也是光模塊的一個關鍵特性。在光學模塊中獲得穩健性的一種方法是讓模塊本身檢查數據信號的性能并報告維護需求或徹底的系統故障。當主處理器自我調整以優化其性能時，魯棒性也是可能的。TPS62480等電源 IC以兩種獨特的方式幫助解決此問題：電壓裕度和熱監控。
電壓選擇 (VSEL) 引腳可以在兩個可定制的電平之間簡單地改變輸出電壓。主處理器切換 VSEL 引腳以改變輸出電壓以補償其強硅或弱硅，或針對不同的操作模式調整其性能。這兩者都可以降低模塊的功耗，從而降低相應的溫升。
如果TPS62480電源的溫升仍然過高，則其熱良好 (TG) 功能會起作用。如果溫度接近 IC 的最大額定值，TG 引腳會變低以提醒主機處理器。一旦主機處理器接收到這個預警信號，它就可以降低處理能力或數據速率，或者將可能的維護問題通知系統主機。圖 1 顯示了包含 VSEL 和 TG 特性的典型原理圖。
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圖 1：TPS62480提供了一個 VSEL 引腳以在兩個電平之間輕松調整輸出電壓，以及一個 TG 引腳以提醒主機溫度升高
最后，TPS62480采用 QFN 樣式、易于組裝的HotRod? 封裝。這種創新的封裝技術可將 6A 電源裝入 2.5mm x 3mm 的封裝中，并提供小于 80mm 2的總解決方案尺寸。因為它就像一個標準的 QFN，所以封裝的熱阻很低，因此溫升也很低。結合兩相方法的高效率，低溫升可以在高于 85 ° C 的環境溫度下以全功率運行而不會降額。圖 2 顯示了降額曲線。
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圖 2：TPS62480的高效率和良好的熱性能使其即使在 85°C 環境溫度以上也能實現 6A 的全輸出電流
光學模塊現在有機會實現所需的更高電流電源，同時具有小尺寸、堅固性和易于組裝的特點。
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