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      利用MPS電源模塊賦能光模塊驅(qū)動數(shù)據(jù)流量

      發(fā)布時間:2023-10-18 來源:MPS 責(zé)任編輯:wenwei

      【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)流量是現(xiàn)代生活的中心。例如,一個手機應(yīng)用的安裝包就需要數(shù)千兆字節(jié)的流量;當(dāng)軟件需要多次更新時,需要連接Wi-Fi;網(wǎng)上購物時,僅加載單個頁面就需要消耗數(shù)兆的流量;如果網(wǎng)速不夠快,視頻通話將很容易卡頓。


      光模塊驅(qū)動數(shù)據(jù)流量


      數(shù)據(jù)流通的速率和實時性要求不斷提高,這對運營商網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心都是一項考驗。從接入網(wǎng)到城際網(wǎng),再從城際網(wǎng)到骨干網(wǎng),數(shù)據(jù)在路由器、交換機和服務(wù)器之間來回傳輸。而光模塊在這個流通過程的各個環(huán)節(jié)中都扮演著關(guān)鍵的角色(見圖1)。


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      圖1: 數(shù)據(jù)交換


      光模塊是光通信的基礎(chǔ),用于實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換(見圖2)。它接收光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌⑵滢D(zhuǎn)換為電信號,然后將該信號發(fā)送到后處理芯片;或者接收來自后處理芯片的電信號并將其轉(zhuǎn)換為光信號,再通過光纖傳輸。光電轉(zhuǎn)換傳輸空間承載著關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。


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      圖2: 光模塊結(jié)構(gòu)


      近年來數(shù)據(jù)流量需求的爆發(fā)式增長導(dǎo)致光模塊快速迭代升級,傳輸速率也不斷提升。采用更強大的處理芯片意味著更大的功耗和更嚴格的功率要求,這使得本來就很緊湊的光模塊設(shè)計變得更加困難。MPS 提供種類豐富且集成了電感和關(guān)鍵組件的電源模塊產(chǎn)品,憑借著高集成度、小尺寸和高功率密度等優(yōu)勢,可顯著緩解電源設(shè)計挑戰(zhàn)并實現(xiàn)快速產(chǎn)品開發(fā)(見圖 3)。


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      圖3: MPS電源模塊


      圖4顯示了MPS 400G光模塊的典型電源結(jié)構(gòu)。MPS品種齊全的電源產(chǎn)品可以為性能優(yōu)異的光模塊提供完整的電源解決方案。


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      圖4: MPS 400G光模塊解決方案


      MPM38x4C系列器件簡介


      MPM38x4C系列包括三款電源模塊(MPM3814C、MPM3824C和MPM3834C),是目前業(yè)內(nèi)超小尺寸的小電流電源模塊產(chǎn)品。其中,MPM3814C 提供高達 1A 的連續(xù)輸出電流(IOUT),MPM3824C 提供 2A 連續(xù)IOUT,MPM3834C 則提供 3A IOUT。三款器件的引腳分布、三維尺寸和外圍電路均相同,相互替換非常方便。其精心設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還可實現(xiàn)出色的 EMC 性能(見圖 5)。


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      圖5: MPM38x4C系列模塊引腳示意圖


      MPM38x4C 系列只需4個外部組件,包括一個輸入電容、一個輸出電容和兩個分壓電阻。當(dāng)EN引腳接收到前級使能信號時,模塊會立即輸出功率。設(shè)計人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中提供的電源軌電壓要求計算分壓器電阻,從而完成電源設(shè)計。這極大地簡化了整體設(shè)計流程和電源設(shè)計。MPS還優(yōu)化了MPM38x4C系列的引腳布局,設(shè)計人員可以根據(jù)手冊中提供的布局示例對電路板進行布局,極大地減少工作量(見圖6)。


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      圖6: MPM38x4C系列建議布局示例


      MPM38x4C系列器件的關(guān)鍵參數(shù)描述如下: 


      ●  結(jié)構(gòu)緊湊,厚度僅1.2mm,三維尺寸2.5mmx2.5mmx1.2mm

      ●  2.75V 至 6V 寬輸入電壓(VIN)范圍

      ●  輸出電壓(VOUT)低至 0.6V

      ●  1.25MHz 開關(guān)頻率(fSW)

      ●  最大 1A/2A/3A 連續(xù) IOUT

      ●  完善的保護功能,包括短路保護(SCP)、過流保護(OCP)和過溫保護(OTP)

      ●  即使在輕載條件下,強制連續(xù)導(dǎo)通模式 (FCCM) 也能實現(xiàn)最小輸出紋波

      ●  通過PG 和 EN 引腳可輕松實現(xiàn)上電時序控制


      圖7所示為MPM3814C的典型應(yīng)用電路。


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      圖7: MPM3814C典型應(yīng)用電路


      MPM38x4C 系列器件以超小尺寸實現(xiàn)了出色的電壓轉(zhuǎn)換效率。圖 8 所示為 MPM3814C 的效率曲線。


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      圖8: MPM3814C 效率曲線


      圖 9 顯示了 MPM3824C 的效率曲線。


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      圖9: MPM3824C 效率曲線


      圖 10 顯示了 MPM3834C 的效率曲線。


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      圖10: MPM3834C 效率曲線


      MPM38x4C 系列器件具有超高 fSW,其中 MPM3814C 工作頻率為 2.2MHz,MPM3824C 和 MPM3834C 工作頻率為 1.25MHz。 即使只采用一個 22μF 輸出電容,MPM38x4C 系列仍可保持最小輸出電壓紋波。圖 11 顯示了 MPM3814C 在 5V 輸入和 1.2V 輸出時的輸出紋波波形。


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      圖11: MPM3814C輸出紋波波形


      圖 12 顯示了 MPM3824C 的輸出紋波波形。


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      圖12: MPM3824C 輸出紋波波形


      圖 13 顯示了 MPM3834C 的輸出紋波波形。


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      圖13: MPM3834C 輸出紋波波形


      MPM3864簡介


      MPM3864是 MPS 提供的另一款電源模塊產(chǎn)品,其性能非常出色。該模塊可實現(xiàn)高達 6A 的連續(xù) IOUT 能力,并具有緊湊的占板面積 (3mmx3mm),是業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品中尺寸超小的產(chǎn)品。其電路板布局極為簡潔,只需要很少的外圍元件即可完成設(shè)計。


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      圖14: MPM3864建議布局示例


      MPM3864提供內(nèi)置電感和多個關(guān)鍵器件,采用恒定導(dǎo)通時間(COT)控制,工作頻率為1.2MHz,同時具有出色的動態(tài)調(diào)節(jié)能力。其關(guān)鍵參數(shù)說明如下:


      ●  結(jié)構(gòu)緊湊,占板面積僅3mmx3mm

      ●  VOUT 可低至 0.6V

      ●  最大 6A 連續(xù) IOUT

      ●  2.75V 至 7V 的寬 VIN 范圍

      ●  完善的保護功能,包括SCP、OCP、輸出欠壓保護(UVP)和OTP

      ●  通過外部可配置軟啟動引腳,用戶可設(shè)置所需的啟動速度

      ●  即使在輕載條件下,F(xiàn)CCM也可實現(xiàn)最小輸出紋波

      ●  通過PG 和 EN 引腳可輕松實現(xiàn)上電時序控制


      圖15所示為MPM3864的典型應(yīng)用電路。


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      圖15: MPM3864典型應(yīng)用電路


      圖 16 顯示了 MPM3864 的效率曲線。


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      圖16: MPM3864 效率曲線


      MPM3864 具有最小輸出電壓紋波(見圖 17)。在 5V 輸入和 1.2V 輸出條件下,僅需配置四個 22μF MLCC 輸出電容,無論負載電流為 0A 還是 6A,峰峰值輸出紋波都可保持在 10mV 以下。


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      圖17: MPM3864輸出紋波波形


      光模塊中的處理芯片對穩(wěn)態(tài)紋波以及動態(tài)紋波都有嚴格的要求。MPM3864采用COT控制,可提供出色的動態(tài)響應(yīng)能力。在 2.5A/μs 的負載跳變速度下,總動態(tài)紋波峰峰值可保持在 20mV 以下。


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      圖18: MPM3864負載瞬態(tài)波形


      結(jié)語


      隨著數(shù)據(jù)流量需求的激增和傳輸速率的不斷提高,對光模塊的功率要求也更加嚴格,設(shè)計人員面臨極大挑戰(zhàn)。MPS通過MPM38x4C系列器件(包括MPM3814C、MPM3824C和MPM3834C)和MPM3864提供了完整的光模塊電源解決方案,能夠?qū)崿F(xiàn)出色的EMC性能、電壓轉(zhuǎn)換效率和最小輸出電壓紋波。



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