安森美半導體身為應用于高能效電子產品的高性能硅方案供應商，在高能效計算機電源方案方面擁有強勢的市場地位，是全球領先的臺式機電源方案供應商，在筆記本和上網本AC-DC適配器電源方案領域的市場份額也高居第一。安森美半導體的計算機電源方案提供高性能、高能效、高集成度等重要特性，應用于臺式機、筆記本及上網本的各個主要子系統(tǒng)，如中央處理器(CPU)供電、熱管理、電源及適配器電源轉換、高速接口開關及保護等。新推出的CPU電源管理和高速接口方案經過了優(yōu)化，配合英特爾最新發(fā)布的Sandy Bridge處理器。本文將著重探討安森美半導體新近推出的計算機電源方案，幫助工程師選擇適合的新產品。
用于80 PLUS金級/白金級能效ATX電源設計的的最新高性能組合控制器
臺式計算機向來是能效規(guī)范機構瞄準的重要目標。安森美半導體身為領先廠商，更是不斷推出符合最新能效規(guī)范的ATX電源控制器。例如，安森美半導體的ATX電源新產品NCP1910高性能組合控制器將臺式個人計算機電源的功率因數校正(PFC)和主電源段控制器集成為單顆IC方案。這器件采用連續(xù)導電模式(CCM)功率因數校正和半橋諧振雙電感加單電容(LLC)轉換器，用于高能效80 PLUS金級/白金級能效設計。
NCP1910結合PFC和LLC控制器于單芯片中，集成這兩個轉換器所需的全部信號交換(handshaking)功能，提高了可靠性，支持更簡單、更高密度的設計。NCP1910的設計用于ATX、一體機(all-in-one)及服務器電源，采用SOIC-24封裝。圖1顯示的是NCP1910的產品示意圖。
圖1：NCP1910產品示意圖。
符合各種VR規(guī)范的高能效Vcore電源控制器方案
安森美半導體為臺式機、服務器和筆記本等提供完整系列的多相或單相Vcore控制器，包括：
•NCP6151/6121(采用Flex Mode + Dual Edge架構，符合VR12規(guī)范)；
•NCP6131/6132(采用Flex Mode + Dual Edge架構，符合IMVP7規(guī)范)；
•ADP4000/3290/3293 (采用Flex Mode架構，符合VR11.1規(guī)范)；
•ADP3210/3211/3212/3218 (采用Flex Mode架構，符合IMVP6.5規(guī)范)；
•NCP5392/5395(采用Dual Edge架構，符合VR11.1規(guī)范)；以及
•NCP5393(采用Dual Edge架構，符合AM2+規(guī)范)等。
安森美半導體的多相降壓控制器結合差分電壓及電流感測與自適應電壓定位(adaptive voltage positioning)功能，為最新世代的CPU供電。雙緣(Dual Edge)及Flex Mode脈寬調制(PWM)控制再結合電感電流感測功能，為瞬態(tài)事件提供極快的初始響應，因而可以采用更小的大陶瓷電容來滿足瞬態(tài)負載線路要求。這些控制器集成高性能運算誤差放大器，能夠方便地為系統(tǒng)提供補償。安森美半導體專有的動態(tài)參考注入技術使這誤差放大器補償事實上不依賴于系統(tǒng)對電壓識別(VID)變化的響應，免除了在過沖與動態(tài)VID性能之間的折衷。
值得一提的是，NCP6151、NCP6121、NCP6131和NCP6132是安森美半導體配合第二代Intel® Core™處理器系列(即Sandy Bridge)最新推出的高能效電源管理器件。它們均提供用戶可配置的相位配置，集成真正的差分電壓感測、差分電感直流電阻(DCR)電流感測、輸入電壓前饋，以及用于精確穩(wěn)定電源的自適應電壓定位功能。每款器件均提供分離(split)電流環(huán)路配置，縮短調諧(tuning)時間及降低復雜度，進而簡化設計入選(design-in)；其中，結合了DCR電流感測功能的雙緣PWM對動態(tài)負載事件提供最快的初始對應。控制環(huán)路的非線性瞬態(tài)對應滿足高性能應用的要求，而30 mV/s的轉換速率，結合前饋功能，將充電和放電時間縮至最短，用于高能效工作。輕載工作期間自動“切相”至單相工作，進一步提升了能效。這幾款器件中，NCP6151是用于服務器應用的2/3/4相CPU控制器及單相圖形處理器(GPU)控制器，NCP6121是用于臺式機的1/2/3相CPU控制器及單相GPU控制器，而NCP6131是用于筆記本的3相CPU控制器及單相GPU控制器。
這些NCP61xx控制器結合安森美半導體提供的業(yè)界最小MOSFET驅動器NCP5901(采用SOIC-8 Narrow Body或DFN8 2.0x2.0x0.9mm)或NCP5911集成，以及優(yōu)化了能效的新的NTMFS49xx、NTTFS49xx、NTD49xx或NTMS49xx高端穩(wěn)壓MOSFET，使客戶能夠創(chuàng)建用于客戶端級和企業(yè)級的完整供電方案。這系列的11款新的高能效MOSFET使用先進硅技術，經過了優(yōu)化，在降壓轉換器控制端應用中提供最佳的開關性能。每款新器件均提供極低的門電荷(Qg)和門阻抗(Rg)，將開關損耗降至最低，并改善信號質量；提供低電容，將驅動器損耗降至最低；提供低導通阻抗(RDS(ON))，提高總能效。圖1中分別顯示的是結合采用這些器件的臺式機和筆記本Vcore電源方案的應用電路圖。
圖2：臺式機及筆記本Vcore電源方案應用電路圖。
系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源控制器方案
安森美半導體除了提供用于CPU電源管理的方案，還提供用于系統(tǒng)電源、芯片組及DDR存儲器的電源控制器方案(參見表1)。以上網本應用為例，除了可以采用ADP3211A單相降壓控制器用于CPU電源管理，還可使用安森美半導體用于系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源的不同控制器方案。
例如，在上網本應用中可以采用安森美半導體的單同步整流降壓控制器NCP5217。這器件是系統(tǒng)、I/O及存儲器性能最佳的電源方案之一，支持4.5 V至27 V輸入電壓范圍，可提供3.3 V至0.8 V的更寬范圍電壓，具備全面的保護功能，還具備提高輕載能效的可選擇省電模式。此外，NCP5217提供的前饋(feed forward)控制，可以在上網本應用出現較大的輸入電壓變化時仍能提供恒定的輸出電壓。這種控制架構使各組電源間交錯工作，能夠降低輸入電容的物料單成本。
表1：安森美半導體用于計算機系統(tǒng)電源、芯片組及DDR電源的控制器方案
提供更高能效的不同封裝MOSFET
臺式機、服務器和筆記本等計算機應用主要需要電壓不超過30 V的低壓MOSFET。安森美半導體為這些應用提供豐富的N溝道及P溝道MOSFET選擇(詳見安森美半導體《計算機電源方案選型小冊子》)。這些MOSFET提供30 V、-30 V或25 V的漏極-源極電壓(VDS)，采用SO8-FL 5x6 mm、μ8FL 3.3x3.3 mm、DPAK、SOIC-8 5x6 mm或ICEPAK等不同封裝，為計算機電源應用提供高能效。其中，采用ICEPAK封裝的MOSFET用于增加功率開關的功率密度。
值得一提的是，安森美半導體新近針對計算機等應用推出了帶集成肖特基二極管的30 V MOSFET產品，包括NTMFS4897NF、NTMFS4898NF及NTMFS4899NF。這些MOSFET采用緊湊型5 mm x 6 mm SO-8FL封裝，在10 V時分別擁有2 mΩ、3 mΩ及5 mΩ的最大導通阻抗(RDS(on))值，針對降壓轉換器應用中的同步端而優(yōu)化，達致更高電源能效。典型門電荷(在4.5 V門極-源極電壓(Vgs)時)規(guī)格分別為39.6納庫侖(nC)、25.6 nC及12.2 nC，確保開關損耗也保持最低。集成肖特基二極管借助于集成在與初級FET結構相同的裸片中，減小死區(qū)時間導電損耗，因而提升能效及改善波形。
熱傳感器、風扇控制器及系統(tǒng)監(jiān)控器
安森美半導體為計算機應用提供完整選擇的遠程熱傳感器、風扇控制器及系統(tǒng)監(jiān)控器。其中，熱傳感器將溫度數據轉換為數字格式，并通過SMBus總線傳送這些數據信息。溫度設定點及極限也可能通過這總線來編程。溫度信息可以用于動態(tài)控制風扇速度、降低可聽噪聲及能耗，并增強系統(tǒng)可靠性。先進的系統(tǒng)監(jiān)控方案帶來電壓和電流監(jiān)測、電池檢測、閃存及GPIO功能，提供了全套系統(tǒng)狀況監(jiān)測及控制器。
這些計算機熱管理器件包括ADM1026/27/29/30/31、ADT7460/63/62/67/68/73/75/76、ADM1033/34/32、ADT7490/61A/21/81/82/83A/84A/85A/86A/88A、NCT75及NCT214等。
計算機高速接口開關器件及低電容保護器件
安森美半導體為服務器、臺式機、筆記本和上網本等計算機應用中的高速接口，如PCI Express(PCIe)、DisplayPort、千兆位以太網(GbE)及USB 2.0等，提供多種開關器件。以服務器應用為例，相關應用示意圖及可以采用的器件如下圖所示。
圖3：安森美半導體應用于服務器的開關器件型號及應用示意。
在計算機應用的高速接口保護方面，安森美半導體同樣提供多種選擇(見表2)。這些保護方案中，既有傳統(tǒng)ESD保護方案，也有新的PicoGuard XS保護方案(見圖4)。安森美半導體的高速接口保護產品系列兼具極高的信號完整性及業(yè)界最佳的鉗位電壓，確保為敏感的高速接口提供最高等級的保護。
表2：安森美半導體針對不同高速接口應用的不同保護方案。
值得一提的是，安森美半導體新的PicoGuard XS®架構可以維持高速數據接口的信號完整性，同時提供更強的ESD保護能力。這種架構向上布線并穿過封裝，而不是位于封裝下面，藉此消除走線寄生參數。這種方法將電感與ESD二極管集成在一起以匹配信號線路阻抗，從而摒棄任何類型的外部補償。集成電感降低鉗位電壓及受保護ASIC所流入的殘余電流，從而改善ESD保護性能。
圖4：傳統(tǒng)ESD保護設計與新的PicoGuard XS架構比較。
總結：
安森美半導體身為應用于高能效電子產品的高性能硅方案供應商，為臺式機、服務器和筆記本等計算機應用提供高性能、高能效及高集成度的解決方案，應用于各個主要子系統(tǒng)，如中央處理器(CPU)供電、熱管理、ATX電源及適配器電源轉換、高速接口開關及保護等。安森美半導體針對計算機應用也不斷推出最新的產品，如配合英特爾最新處理器平臺的CPU電源管理及相關器件、配合最新能效規(guī)范的ATX電源組合控制器及采用創(chuàng)新技術以更好地保護高速接口應用的保護器件等。客戶利用安森美半導體的這些高性能、高能效方案，可以開發(fā)出在市場上更有競爭力的產品。