如何以较少电容达到更快速的瞬时响应
对于复杂的电路板，如高阶通信系统，设计人员愈来愈需要为不同的dsp、fpga、asic和微处理器提供更多的电压轨。目前必须面对的电源系统设计挑战，是在高速数字电路产生电流瞬时的情况下，将电压偏差降到最低。越来越需要关注的问题是，在使用先进ic时，如最新的ghz级dsp、fpga、asic和微处理器，电流瞬时期间会出现输出电压的峰值偏差。如果核心电压(vcc)超出指定的容差上限，ic必须重设，否则会发生逻辑错误。为避免发生这种状况，设计人员需要更注意所使用的负载点(point-of-load, pol)模块瞬时效能。
最新ghz级dsp之类的数字负载需要相当快速的瞬时响应，以及相当低的电压偏差。为达到这些目标，通常需要为dc/dc转换器加装多个输出电容，让它在回馈回路响应前有足够的维持时间。使用电源模块，并加装电容以符合电压瞬时容差后，便形成一套完整的电源解决方案。
由于设计人员逐渐增加输出电容，因此瞬时幅度会降低，然而，增加电容会降低电源系统频宽，高电能储存的优点会被缓慢的响应时间抵消。
更快速的瞬时响应
借由创新的dc/dc电源模块技术，系统设计人员如今能够运用较少的输出电容，达到更快速的瞬时响应及更低的电压偏差。德州仪器的t2系列新一代pth模块(见图1)便是其中一例，这个系列的模块结合一项全新的turbotrans技术，能够大幅减少客户为达到特定电压偏差目标而使用输出电容的需求。这项专利技术的运作方式是修改模块的控制回路，让设计人员自行调整模块，以符合特定的瞬时负载需求，只需增加一个外部电阻就可以完成调整工作。
图1 采用turbotrans的t2电源模块
在高瞬时负载的应用中，turbotrans技术能够让设计人员减少高达8倍数量的输出电容，同时将电压偏差降低，因此能够节省电容成本与印刷电路板空间。这项技术的另一项优点是提升超低esr电容的稳定性。设计人员便能够使用较新的oscon输出电容、聚合物钽质输出电容或所有陶瓷输出电容，而完全不需顾虑稳定性问题。如此一来，便能够运用可达到高温无铅焊锡规范的电容技术。
更快速的瞬时响应与更低的电压偏差
turbotrans技术能够减少增加电容以达到特定瞬时目标的需求。对于ti的额定30a pth08t210w之类的模块，经证实可减少高达8倍数量的电容。图2显示改变量为5a/μs的10a负载步阶所需的50mv最大偏差瞬时目标范例。第一张图显示 pth08t210w以470μf的最低需求输出电容运作，而且turbotrans功能已关闭。电压偏差由于瞬时而达到150mv。为满足所需的50mv偏差值，设计人员总共需要10 560μf的输出电容，如第二张图所示，这是未使用turbo trans功能的模块常见的结果。第三张图则显示使用turbotrans功能的结果，其中只需要1320μf的输出电容。
图2 瞬时响应vs.电容
这个范例显示减少的电容有8倍之多。当然，减少所需的电容与使用的电容类型有关，因为每个电容类型都有各自的寄生阻抗。不同的电容类型有不同的esr与esl特性，低esr电容贮电模块相当适合采用turbotrans技术。
透过先进的turbotrans技术，系统设计人员如今能够在较短的设计过程中以极低的成本使用pol模块，以达到特定的瞬时负载需求。如图3所示，这只需要在t2系列模块的vsense接脚与turbotrans接脚之间接上电阻，从而就可根据数据表决定电阻的值与所需的电容数量。
图3 接上turbotrans的t2系列电源模块
许多设计人员发现可以使用所有陶瓷电容或聚合物钽质电容，因为这些电容的体积很小，而且可达到无铅焊锡的规范。在过去，使用这些电容会引发某些pol电源模块的稳定性疑虑。使用turbotrans后，t2模块的稳定性会实质提升，因此可达到适切控制的瞬时负载响应(见图4)。
图4 使用及不使用turbotrans时的输出电压偏差
提升效能与设计弹性
另一方面，ti的smartsync功能也能够协助系统设计人员使用需要复杂电源配置设定的ic。当电源模块以不同频率运作时，这些频率的总和与差异所造成的拍差频率(beat frequency)会使emi滤波不易达成。图5显示两个信号范例，第一个信号的频率为300khz，第二个信号的频率为301khz。拍差频率为1khz。smartsync能够让设计人员将多个t2模块的切换频率同步为特定频率，经过同步的模块可消除拍差频率，并且使emi滤波更容易达成。
图5 产生1khz拍差频率的两个pol电源模块
smartsync允许将同步频率设定为高于或低于模块的一般自由运作频率。smartsync可用来为频率范围介于240～400khz之间的t2模块进行同步，因此能够让此设计发挥最佳化的模块效率，也可用于不让噪声敏感电路出现这类频率，以便将切换噪声保持在特定的范围之外(也就是接收器的if频率)。可一并同步的t2模块没有数量方面的限制。
这项技术的另一项优点是减少输入电容。t2模块能够以不同的相位角度进行同步 (使用外部电路系统)。在某些应用中，这可平衡来源电流，并且能够使用较小的输入电容。
输出调节的改善
相较于前几代的5%容差，ti的全新tci6482、fpga、asic及微处理器等先进dsp需要更小的3%核心电压(vcc)容差，这个容差必须包含由于静态(dc)与动态(ac)等操作条件变更而造成的所有输出电压偏差。为符合这项规格，t2电源模块的设计必须达到更小的1.5% dc容差，做法包括设定点精确性、负载/线路调节、温度变化与长时间漂移。
如果dc容差为1.5%，则由于瞬时负载造成的ac偏差必须小于1.5%。全新的t2电源模块结合相当严格的dc调节与turbotrans技术，可便于将任何运作条件下的输出电压维持在3%的容差内。所有t2电源模块都含有差动遥感(differential remote sense)，可协助在负载时维持这个高度精确性。
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最新ghz级dsp之类的数字负载需要相当快速的瞬时响应，以及相当低的电压偏差。为达到这些目标，通常需要为dc/dc转换器加装多个输出电容，让它在回馈回路响应前有足够的维持时间。使用电源模块，并加装电容以符合电压瞬时容差后，便形成一套完整的电源解决方案。
由于设计人员逐渐增加输出电容，因此瞬时幅度会降低，然而，增加电容会降低电源系统频宽，高电能储存的优点会被缓慢的响应时间抵消。
更快速的瞬时响应
借由创新的dc/dc电源模块技术，系统设计人员如今能够运用较少的输出电容，达到更快速的瞬时响应及更低的电压偏差。德州仪器的t2系列新一代pth模块(见图1)便是其中一例，这个系列的模块结合一项全新的turbotrans技术，能够大幅减少客户为达到特定电压偏差目标而使用输出电容的需求。这项专利技术的运作方式是修改模块的控制回路，让设计人员自行调整模块，以符合特定的瞬时负载需求，只需增加一个外部电阻就可以完成调整工作。
图1 采用turbotrans的t2电源模块
在高瞬时负载的应用中，turbotrans技术能够让设计人员减少高达8倍数量的输出电容，同时将电压偏差降低，因此能够节省电容成本与印刷电路板空间。这项技术的另一项优点是提升超低esr电容的稳定性。设计人员便能够使用较新的oscon输出电容、聚合物钽质输出电容或所有陶瓷输出电容，而完全不需顾虑稳定性问题。如此一来，便能够运用可达到高温无铅焊锡规范的电容技术。
更快速的瞬时响应与更低的电压偏差
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图2 瞬时响应vs.电容
这个范例显示减少的电容有8倍之多。当然，减少所需的电容与使用的电容类型有关，因为每个电容类型都有各自的寄生阻抗。不同的电容类型有不同的esr与esl特性，低esr电容贮电模块相当适合采用turbotrans技术。
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图3 接上turbotrans的t2系列电源模块
许多设计人员发现可以使用所有陶瓷电容或聚合物钽质电容，因为这些电容的体积很小，而且可达到无铅焊锡的规范。在过去，使用这些电容会引发某些pol电源模块的稳定性疑虑。使用turbotrans后，t2模块的稳定性会实质提升，因此可达到适切控制的瞬时负载响应(见图4)。
图4 使用及不使用turbotrans时的输出电压偏差
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