電信和數據通信系統中常見(jiàn)的下一代路由器和交換機的復雜性和可擴展性不斷提高，這給電源制造帶來(lái)了壓力，因為人們需要提供智能靈活、可橫跨多種平臺擴展的高效率電源解決方案。

 

 

CAM 通常被描述為與隨機存取存儲器 (RAM) 完全不同。如欲檢索 RAM 中的數據，操作系統必須提供數據所在的存儲器地址。存儲在 CAM 中的數據可通過(guò)執行對內容的查詢(xún)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，存儲器檢索可以找到數據的地址，而且速度比 RAM 快得多?？梢源_定的是，任何能夠以千兆位線(xiàn)速率轉發(fā)以太網(wǎng)幀的交換器都使用 CAM 進(jìn)行查找。在采用 RAM 的系統中，操作系統將不得不記住存儲所有內容的地址，而當采用 CAM 時(shí)，操作系統在單次操作中就能找到它所需要的東西。

 

 

TCAM 是一種特殊類(lèi)型的高速存儲器，它在單個(gè)時(shí)鐘周期中搜索其全部?jì)热荨?ldquo;三元” 這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是存儲器使用三個(gè)不同的輸入 (0、1 和 X ) 來(lái)存儲和查詢(xún)數據的能力。“X” 輸入常常被稱(chēng)為 “隨意” 或 “通配符” 狀態(tài)，它使得 TCAM 能夠完成基于圖形匹配的更廣泛搜索，這與二元 CAM 截然相反，后者執行的是僅采用 “0” 和 “1” 的精確匹配搜索。路由器可在這類(lèi) TCAM 中存儲其全部路由表，從而可非?？焖俚夭楸?。TCAM 提高了查表、數據包分類(lèi)和數據包轉發(fā)速度，但是 TCAM 需要的功率大于 CAM。CAM 和 TCAM 都需要非常準確的設定點(diǎn)，并有嚴格的電壓瞬態(tài)要求，這對電源系統設計師而言是非常具有挑戰性的。

 

 

ASIC是另一種可在路由器和交換器中使用的器件，并且是一種針對某種特定用途定制的集成電路 (IC) ，而不是面向通用應用。新式 ASIC 常常包含整個(gè)微處理器、內存塊 (包括 ROM、RAM、EEPROM、閃存器) 和其他大型單元式部件。這樣的一個(gè) ASIC 通常被稱(chēng)為 SoC (片內系統)，而且此類(lèi) ASIC 會(huì )需要幾百安培的電流和介于0.8V 至 1.2V 范圍內的內核工作電壓。就像使用 TCAM 和 CAM 時(shí)一樣，設定點(diǎn)準確度和瞬態(tài)響應對這類(lèi)解決方案的總體性能至關(guān)重要。對電源設計師而言，解決方案尺寸和出色的電流控制也是關(guān)鍵要求。

 

 

FPGA是另一種用在電信和數據通信系統中的器件，是一種可編程集成電路。FPGA 用在專(zhuān)用系統設計中，允許用戶(hù)定制微處理器以滿(mǎn)足各自的需求。這類(lèi)器件有幾個(gè)電壓輸入，滿(mǎn)足其內核功率需求可能需要超過(guò) 100A 的電流。

 

 

分配給特定交換機或路由器多少 CAM 和 TCAM，取決于網(wǎng)絡(luò )公司怎樣定位其產(chǎn)品，即定位成低、中還是高端系統。越昂貴的系統通常就會(huì )有越充足的 CAM 和 TCAM，以支持最高速度、最快查表和最大吞吐量。然而，有些客戶(hù)不想購買(mǎi)高端路由器，除非這些客戶(hù)能夠證明，多出的購買(mǎi)費用是合理的。因此，需要提供具不同功能水平和價(jià)格的多種平臺，所以，如果有一種 DC/DC 轉換器能夠橫跨不同功率水平和輸出數量而擴展以支持多種平臺，就會(huì )非常便利了。

 

現有解決方案通常采用多相設計，但是僅提供一個(gè)或兩個(gè)輸出。如果有超過(guò)兩個(gè)大電流負載，用戶(hù)就需要使用多個(gè)控制器，這增大了解決方案尺寸、設計復雜性和成本。此外，有些現有電源解決方案需要專(zhuān)門(mén)的、與標準 DrMOS 或電源構件器件不兼容的功率鏈路器件。凌力爾特公司提供的一種新的 DC/DC 控制器解決了這些問(wèn)題，既允許橫跨需要兩個(gè)大電流輸出的多種平臺實(shí)現可擴展性，又允許實(shí)現密集的多輸出負載點(diǎn)解決方案。

 

 

凌力爾特的 LTC7851/-1 是一款多相同步電壓模式降壓型控制器，使用戶(hù)能夠靈活地選擇一個(gè)、兩個(gè)、3 個(gè)或 4 個(gè)輸出，并可視外部組件選擇的不同而不同，每輸出提供高達 40A 電流。所有 4 相可以合并，以向內核電源提供 160A 電流，或者提供 4 個(gè)獨立的輸出，以支持系統電源以及 ASIC 和各種不同的 I/O 電源軌。

 

在功率鏈路器件方面，LTC7851/-1 可以與 DrMOS、電源構件以及分立式 N 溝道 MOSFET 加上有關(guān)柵極驅動(dòng)器一起使用，從而能夠實(shí)現靈活的設計配置。用兩個(gè) IC 時(shí)，多達 8 個(gè)相位可以并聯(lián)并異相定時(shí)，這對于超過(guò) 260A 的非常大的電流需求而言，可以最大限度降低輸入和輸出濾波要求。用 3 個(gè) IC 時(shí)，使用一個(gè)外部時(shí)鐘芯片，例如 LTC6902，多達 12 個(gè)相位就能夠以 30 度相位差實(shí)現異相定時(shí)。

 

此外，并聯(lián)時(shí)，LTC7851/-1 的內部輔助電流均分環(huán)路在各個(gè)相位之間平分電流，從而能夠在穩定狀態(tài)和發(fā)生瞬態(tài)事件時(shí)，橫跨多個(gè) IC 在相位之間實(shí)現準確的電流均分。這不僅減輕了一個(gè)通道攜帶太大負載電流的問(wèn)題，還減輕了熱量設計負擔。該器件用 3V 至 5.5V 的 VCC 電源電壓運行，設計為用 3V 至 27V 的輸入電壓實(shí)現降壓轉換。它產(chǎn)生 1 至 4 個(gè) 0.6V 至 5V 的獨立輸出電壓。該器件的電壓模式控制架構允許 250kHz 至 2.25MHz 的可選固定工作頻率，或者可以同步至一個(gè)相同范圍的外部時(shí)鐘。輸出電流通過(guò)監視輸出電感器 (DCR) 兩端的電壓降來(lái)檢測，以實(shí)現最高效率，或者通過(guò)使用一個(gè)低阻值的檢測電阻器來(lái)檢測。內置差分放大器面向所有輸出提供真正的遠端輸出電壓檢測，以實(shí)現高準確度調節。

 

LTC7851-1 類(lèi)似于 LTC7851，但電流檢測放大器增益更低，非常適合使用 DrMOS、具內部電流檢測的功率鏈路應用。每個(gè)相位的其他特點(diǎn)包括電流監視、可調電流限制、可編程軟啟動(dòng)或跟蹤以及單獨的電源良好信號。該器件在 –20°C 至 +85°C 的工作溫度范圍內保持 ±0.75% 的輸出電壓準確度，采用 58 引線(xiàn) 5mm x 9mm QFN 封裝。另外還應該認識到，就滿(mǎn)足如今的定制芯片和 ASIC 的瞬態(tài)響應要求而言，一個(gè)良好設計的準確基準可以極大地減少所需大容量輸出電容器的數量。以下圖 1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的原理圖，該電路用 DrMOS 作為功率鏈路器件，將 10V 至 14V 輸入轉換成 0.95V/160A 輸出。

 

圖 1：簡(jiǎn)化的 LTC7851 原理圖，提供單個(gè) 0.95V/160A 輸出

 

 

圖 2 中的 LTC7851 效率曲線(xiàn)可作為圖 1 原理電路的效率曲線(xiàn)示例，這時(shí) 12V 輸入電壓降壓至 0.95V，輸出電流高達 160A?？梢詫?shí)現高達 94% 的效率。

 

圖 2：LTC7851 效率曲線(xiàn)，12V 至 0.95V 單輸出，160A 電流

 

 

當多個(gè) LTC7851/-1 通道并聯(lián)以驅動(dòng)一個(gè)共用負載時(shí)，準確的輸出電流均分是實(shí)現最佳性能和效率所必不可少的。否則，如果一級提供的電流大于另一級，那么兩級之間的溫度就會(huì )不同，這就有可能導致更大的開(kāi)關(guān) RDS(ON)、更低的效率和更大的 RMS 紋波。在多相設計中，甚至很少量的失配也可能極大地降低總體可用功率。

 

就單輸出多相應用而言，LTC7851/-1 包含一個(gè)輔助電流均分環(huán)路，在該環(huán)路中，每個(gè)周期都對電感器電流采樣。主控制器的電流檢測放大器輸出在 IAVG 引腳上進(jìn)行平均。從 IAVG 到 GND 連接一個(gè)小型電容器 (典型值為 100pF)，該電容器存儲對應于主控制器瞬態(tài)平均電流的電壓。主控制器相位和從屬控制器相位的 IAVG 引腳連到一起，每個(gè)從屬控制器相位對其電流與主控制器電流之差進(jìn)行積分。在每個(gè)相位之內，按比例求取積分器輸出和系統誤差放大器電壓 (COMP) 之和，從而可調節該相位的占空比以均分所有電流。當多個(gè) IC 以菊花鏈方式連接時(shí)，所有 IAVG 引腳連到一起，從而導致電流出現幾個(gè)百分點(diǎn)的失衡。憑借 LTC7851 嚴格的電流均分規格，設計師將能夠從如今的 DrMOS 器件中抽取最大輸出電流。

 

以下圖 3 顯示了 4 個(gè)相位中每一個(gè)的電感器電流檢測電壓隨負載電流的變化，以及在整個(gè)負載范圍內這些相位之間怎樣良好均衡。

 

圖 3：?jiǎn)我?0.95V/160A 輸出時(shí) 4 個(gè)相位的電流均衡

 

 

LTC7851 的內置誤差放大器是真正的運算放大器，具大帶寬、高 DC 增益、低失調和低輸出阻抗。結合使用高開(kāi)關(guān)頻率和低電感值電感器時(shí)，其帶寬允許對補償網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現很高的控制環(huán)路交叉頻率和出色的階躍負載瞬態(tài)響應。此外，LTC7851 采用一種前饋校正方案實(shí)現了出色的電壓瞬態(tài)響應性能，該方案可即時(shí)調整占空比以補償輸入電壓的變化，從而顯著(zhù)地降低了輸出過(guò)沖和下沖。這個(gè)電路還增加了一個(gè)優(yōu)勢，即能夠使 DC 環(huán)路增益不受輸入電壓影響。圖 4 顯示，在 40A 負載階躍、12V 輸入電壓時(shí)，僅產(chǎn)生 72mV 峰至峰值輸出電壓干擾。

 

圖 4：圖 1 所示電路在 40A 階躍負載時(shí)的瞬態(tài)響應

 

 

多達 12 個(gè)相位能夠以菊花鏈方式連接，且相互之間同時(shí)異相運行。多相電源降低了輸入和輸出電容器的紋波電流，與單相位解決方案相比，這可顯著(zhù)降低 EMI 和濾波要求。RMS 輸入紋波電流除以所用相位總數，有效紋波頻率乘以所用相位總數。輸出紋波幅度也降低了，降低數值等于所用相位總數。圖 5 顯示，連接多個(gè)器件以實(shí)現 3、4、8 或 12 相位運行非常容易。

 

 

 

 

圖 5：LTC7851 多相配置

 

LTC7851/-1 用于單輸出、多相應用時(shí)，必須通過(guò)將其 FB 引腳連至 VCC，禁止從屬控制器的誤差放大器。所有電流限制都應該僅用一個(gè)連至 SGND 的電阻器設定到相同的值。CLKOUT 信號可以連至后一個(gè) LTC7851/-1 級的 CLKIN 引腳，以使整個(gè)系統的頻率和相位保持一致。

 

 

隨著(zhù)路由器和交換機設計變得越來(lái)越復雜，電源系統設計師現在能夠用可橫跨多個(gè)平臺擴展的單一 DC/DC 控制器，建立功率水平不同的多個(gè)設計。使用 LTC7851/-1 時(shí)，能夠選擇 1 到 12 個(gè)相位，每相電流高達 40A，在功率鏈路中可使用 DrMOS 或電源構件，這使 LTC7851/-1 能夠為要求最苛刻的通信和網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品提供一種高度靈活的智能解決方案。