5G基站設(shè)計(jì)要求元器件更小更少，如何從電源著手節(jié)省設(shè)計(jì)空間？

在今年的 MWC 上海展會(huì)上，華為在現(xiàn)場(chǎng)向觀眾展示了一款 5G 基站。出乎大家的意料，這款基站的尺寸相較于 3G/4G 時(shí)代的基站實(shí)在是“嬌小”，體積只有一半。5G 時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商將采用這樣的“微基站”完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

但是，正所謂“麻雀雖小五臟俱全”，5G“微基站”體積雖小但是 BBU、RRU 和天線一應(yīng)俱全。在體積變小、功能不減的情況下，基站設(shè)計(jì)留給元器件的空間變得極為有限。另外，除了設(shè)計(jì)尺寸的挑戰(zhàn)，5G 基站設(shè)計(jì)還面臨來(lái)自 EMC 測(cè)試以及功耗控制等方面的挑戰(zhàn)。上述這些和電源息息相關(guān)，如果設(shè)備板卡上面諸多的電源器件能夠更加集成化和小型化，這將大大降低 5G 基站的設(shè)計(jì)難度。

電源模塊將成為 5G 時(shí)代的電源利器

孫毅是 MPS（Monolithic Power Systems）電源模塊產(chǎn)品線經(jīng)理，負(fù)責(zé)產(chǎn)品規(guī)劃、研發(fā)和市場(chǎng)。對(duì)于 5G 時(shí)代的電源挑戰(zhàn)，他描述的更為具體細(xì)致。他在 10 月 24 日的分享會(huì)期間總結(jié)到，5G 基站設(shè)計(jì)需要：

·更短開(kāi)發(fā)周期；
·更小的方案尺寸；
·解決系統(tǒng)以及電源的散熱問(wèn)題；
·抑制 EMI 噪聲；
·FPGA 等復(fù)雜電源時(shí)序管理以及系統(tǒng)集成；
·高速 ADC/DAC 的低噪聲供電。

MPS 電源模塊產(chǎn)品線經(jīng)理孫毅

為了幫助客戶更好地的完成 5G 基站設(shè)計(jì)，MPS 采用電源模塊幫助解決上述難題。

電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，被廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊等領(lǐng)域。電源模塊將多種電源器件集成于一個(gè)芯片內(nèi)部，自身具有隔離作用，抗干擾能力強(qiáng)，隨著半導(dǎo)體制造工業(yè)的增強(qiáng)，當(dāng)前的電源模塊具有體積小、噪聲低、能效密度高和抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

孫毅表示：“此前，開(kāi)發(fā)驗(yàn)證分立電源方案往往需要 18 周以上的周期。其中，元器件選擇和采購(gòu)需要 2-12 周，這期間要選擇器件、電感和電容等，用上 3 個(gè)月很正常；原理圖和布局設(shè)計(jì)需要 1-3 周，而制板和封裝需要 1-3 周，在制板過(guò)程中有可能需要多次制板驗(yàn)證?！?/p>

他指出：“采用電源模塊將極大地縮短這個(gè)開(kāi)發(fā)周期。電源模塊提供了高集成度的方案，大大簡(jiǎn)化了原理圖和 PCB 布線，只需要極少的外圍器件。因此，對(duì)于電源的驗(yàn)證不再分別針對(duì)單獨(dú)的芯片、電感和電容，而是相當(dāng)于對(duì)一個(gè)最小系統(tǒng)做驗(yàn)證，極大地縮短了研發(fā)周期。”

通過(guò)孫毅的介紹我們了解到：

MPS 的電源模塊包含電感、引線框架、功率 IC 和其他無(wú)源元件，并將上管、下管以及控制器集成在一片晶圓上，減少了 50%的芯片面積。

另外，MPS 電源模塊滿足嚴(yán)格的 EMI 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，集成的對(duì)稱(chēng)輸入電容有效地反相抵消了“熱環(huán)路”電磁場(chǎng)， 可編程的頻譜展開(kāi)、抖頻、dv/dt 速度能進(jìn)一步降低 EMI 噪聲源以及分布。

針對(duì) FPGA 等復(fù)雜電源時(shí)序管理以及系統(tǒng)集成方面的問(wèn)題，MPS 電源模塊擁有更多的電源軌數(shù)，有著嚴(yán)格的啟動(dòng) / 關(guān)機(jī)時(shí)序，可以幫助客戶輕松完成高效工作。

MPS 電源模塊能夠滿足 RFSoC 中高速 ADC/DAC 的供電要求，擁有小于 1mV 的超低紋波，滿足 12V->3.3V/8A,93%的效率要求。

此外，MPS 電源模塊通過(guò)采用優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)減小功耗，通過(guò)芯片倒裝工藝降低熱阻，以及通過(guò) 3D 封裝幫助散熱更加均勻。因此，MPS 電源模塊能夠解決 5G 基站設(shè)計(jì)的系統(tǒng)散熱問(wèn)題。

豐富的電源模塊解決方案

不僅是幫助客戶解決 5G 基站設(shè)計(jì)的高要求，通過(guò)孫毅的介紹我們了解到，對(duì)于同樣熱門(mén)的工業(yè) 4.0，MPS 也有豐富的電源模塊解決方案。

- 業(yè)界首款 PMIC 模塊 MPM54304
MPS 最新發(fā)布了業(yè)界首款超小尺寸四路輸出集成電源解決方案 — MPM54304 ，它是一款中電壓 PMIC 降壓模塊。

MPM54304 的核心優(yōu)勢(shì)是尺寸小、配置靈活、布局簡(jiǎn)單和時(shí)序&電源管理功能。基于這些優(yōu)勢(shì)，MPM54304 完美地解決了小尺寸應(yīng)用中多軌系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的行業(yè)挑戰(zhàn)，可將整體解決方案的尺寸縮小 70％以上，為終端客戶提供了高效緊湊的電源傳輸系統(tǒng)。

MPM54304 可用于 FPGA/DSP 供電、多軌應(yīng)用、ZYNQ-7000 單芯片電源解決方案、電信和工業(yè)應(yīng)用。

- 可擴(kuò)展的 100A 電源模塊 MPM3695-100
MPS 推出的全集成電源模塊 MPM3695-100，其輸出電流高達(dá) 100A，可以靈活擴(kuò)展，并且提供 PMBus 接口。 MPM3695-100 提供了整套電源解決方案，在寬輸入電壓范圍 內(nèi)可實(shí)現(xiàn)最大 100A 的持續(xù)輸出電流，具有極好的負(fù)載和線性調(diào) 整率。

MPM3695-100 采用 BGA 封裝，器件尺寸為 15*30*5.2mm，相較于分立式解決方案，可減少 70%的占板面積。很重要的一點(diǎn)是，MPM3695-100 可以通過(guò)并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)最大 800A 的電流。

- 可擴(kuò)展數(shù)字電源模塊 MPM3596
MPS 電源模塊 MPM3596 是一款 45V 雙路 3A，單路 6A 的數(shù)字 電源模塊，采用 10x10x4.4mm LGA 封裝，最多可并聯(lián)實(shí)現(xiàn) 36A 的 輸出電流。

此外，MPM3596 可以最大限度減少外部元件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)外部同步時(shí)鐘，還可以提供 OTP、OVP、UVP 和 OCP 等保護(hù)功能。
?