131 1300 0010
ADI和Linear公司在去年3月正式完成合并后，市場(chǎng)集中度很高，80%的市場(chǎng)集中在工業(yè)、通信和汽車領(lǐng)域。這次合并，使得ADI的器件由2萬(wàn)個(gè)增加到4.3萬(wàn)個(gè)，其中電源超過(guò)1萬(wàn)個(gè)，有18個(gè)大的產(chǎn)品系列，大部分是Linear的產(chǎn)品，基于Linear在電源領(lǐng)域的深厚積累和優(yōu)勢(shì)，ADI電源產(chǎn)品線的子品牌就叫Power by Linear。由此，ADI的電源產(chǎn)品占有率躍居至全球第二。
日前，電子發(fā)燒友應(yīng)邀參加了ADI公司的一場(chǎng)Workshop，資深電源技術(shù)專家ADI公司電源系統(tǒng)工程總監(jiān)梁再信先生分享了該公司最新的產(chǎn)品和技術(shù)。從這些產(chǎn)品和技術(shù)中，我們可以看到行業(yè)應(yīng)用對(duì)電源產(chǎn)品的要求以及設(shè)計(jì)痛點(diǎn)。
圖：資深電源技術(shù)專家ADI公司電源系統(tǒng)工程總監(jiān)梁再信
梁再信表示，自動(dòng)駕駛、汽車電子、工業(yè)4.0、下一代通信和沉浸式消費(fèi)體驗(yàn)這些領(lǐng)域都是ADI重點(diǎn)關(guān)注的市場(chǎng)。雖然Power by Linear的器件超過(guò)1萬(wàn)種，但其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思路始終圍繞三個(gè)重點(diǎn)：一是怎樣減少芯片的尺寸和體積的同時(shí)提供很好的性能？二是如何提高效率？三是關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的EMI優(yōu)化。
工業(yè)應(yīng)用
在工業(yè)領(lǐng)域，中國(guó)今明兩年在半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備投入增長(zhǎng)幅度非常大，從全球來(lái)看，規(guī)模增長(zhǎng)最大的是中國(guó)，韓國(guó)有點(diǎn)微跌，臺(tái)灣持平，美國(guó)也是持平。
圖：全球區(qū)域半導(dǎo)體設(shè)備支出情況統(tǒng)計(jì)
除了信號(hào)鏈產(chǎn)品，ADI正在把中國(guó)的半導(dǎo)體生產(chǎn)、測(cè)試、封裝設(shè)備作為電源產(chǎn)品的重要增長(zhǎng)支點(diǎn)。“這些設(shè)備中空間都非常緊湊，所以我們的電源模塊有非常多的機(jī)會(huì)。” 梁再信說(shuō)，“我們的Power Module經(jīng)過(guò)十年發(fā)展，已經(jīng)有非常完整的產(chǎn)品序列，對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備制造商都可以有很好的技術(shù)和產(chǎn)品支持，協(xié)助他們完成非常挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)，用小體積、高效率的產(chǎn)品、在很小的空間里支持更多的器件。”
圖：ADI在半導(dǎo)體設(shè)備中的電源產(chǎn)品線
Silent Switcher是ADI具有代表性的解決工業(yè)應(yīng)用中EMI和干擾痛點(diǎn)的器件架構(gòu)技術(shù)。其創(chuàng)新突破是，普通的電源是單個(gè)電流回路，Silent Switcher則是兩個(gè)反向電流環(huán)，大大降低了EMI水平，不用特別優(yōu)化就可以滿足標(biāo)準(zhǔn)。以LT8609S為例，多數(shù)EMI問(wèn)題需要用四層板、六層板加屏蔽、隔離等方法才能實(shí)現(xiàn)，LT8609S用兩層板做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)就可以滿足工業(yè)級(jí)EMI標(biāo)準(zhǔn)，而且還有一些余量。
圖：ADI的Silent Switcher架構(gòu)技術(shù)
汽車電子
ADI在安全氣囊領(lǐng)域有超過(guò)25年的歷史，也是自動(dòng)化和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的重要器件供應(yīng)商。激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、車身測(cè)量系統(tǒng)、慣導(dǎo)和陀螺儀等都是Power by Linear產(chǎn)品的應(yīng)用方向。
在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中，降噪是一個(gè)關(guān)鍵。ADI在2016年推出的業(yè)界最低噪聲的LT3045，其噪聲低至0.8μV，比傳統(tǒng)鋰電池2.7μV的噪聲還少，而1M以下PSRR值達(dá)到78個(gè)dB以上，給Lidar、Radar供電的時(shí)候可以顯著提升性能，由于降低了雷達(dá)系統(tǒng)的噪聲，整車和乘客的安全性得到了提升。
另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于降低EMI干擾。前面提到的Silent Switcher技術(shù)，由于極大降低了EMI干擾，使得車身系統(tǒng)更穩(wěn)定，這對(duì)于高度集成電子器件的車身而言十分有益。此外，針對(duì)汽車以太網(wǎng)的PoDL, 即Power Over Data Line技術(shù)，使得數(shù)據(jù)線同時(shí)具備供電能力，因此節(jié)省了大量的電纜施工和重量，提高了可靠性，同時(shí)也降低了施工的難度，并且節(jié)省了整車成本。
在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中，汽車照明安全技術(shù)始終是一個(gè)重要課題。奧迪A8的LED矩陣大燈，由非常多的LED單元構(gòu)成，兩車會(huì)車時(shí)可以利用車身攝像頭判斷對(duì)車位置，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉來(lái)車那側(cè)的一部分燈，讓會(huì)車更安全。這個(gè)技術(shù)就是Power by Linear提供的。
圖：奧迪A8所采用的ADI汽車照明安全技術(shù)
續(xù)航里程一直是電動(dòng)汽車的痛點(diǎn)，電池管理系統(tǒng)BMS是其中優(yōu)化的關(guān)鍵，ADI的相關(guān)產(chǎn)品（LTC680X系列）一度占據(jù)中國(guó)80%以上的市場(chǎng)份額。
在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域，如何解決大功率48伏系統(tǒng)和12伏系統(tǒng)之間的平衡和轉(zhuǎn)換是一個(gè)重要課題。因?yàn)?8伏系統(tǒng)的瞬間功率會(huì)高達(dá)十幾千瓦，對(duì)安全性和可靠性是很大的挑戰(zhàn)。LTC3871就是ADI一款針對(duì)這一痛點(diǎn)的應(yīng)用方案。該器件具有雙向兩相同步降壓或升壓特性，當(dāng)起動(dòng)汽車或需要額外功率時(shí)，LTC3871允許兩個(gè)電池同時(shí)為同一個(gè)負(fù)載供能，最高可實(shí)現(xiàn)97%的效率；在48伏發(fā)電時(shí)，可以降壓給12伏系統(tǒng)充電；如果有需要，12V還可給48V補(bǔ)電。
圖：LTC3871解決48伏系統(tǒng)痛點(diǎn)
在傳統(tǒng)燃油汽車系統(tǒng)中，發(fā)電轉(zhuǎn)換損耗是一個(gè)問(wèn)題。把發(fā)電變成直流電給蓄電池供電通常會(huì)用到傳統(tǒng)二極管當(dāng)整流橋，由于傳統(tǒng)二極管存在壓差，電流越大壓差也越大，約達(dá)到0.4伏到0.7伏，功率損耗很大。針對(duì)這個(gè)痛點(diǎn)，ADI研發(fā)了理想二極管橋堆，用MOS管代替二極管。由于MOS管的阻抗比較低，可以提高效率，降低功率損耗，橋堆不需要散熱器，可靠性也提高了。
在汽車電子系統(tǒng)中，啟動(dòng)瞬間高壓對(duì)安全性和可靠性來(lái)講也一直是非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槠嚨碾娖亢驼麄€(gè)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，過(guò)去的汽車電子大部分是在12伏系統(tǒng)下工作的，在惡劣的條件下，有可能瞬間達(dá)到70伏，可能把組件打壞。過(guò)去最常見(jiàn)的解決方法是加PVS管，但是3000瓦、6000瓦的PVS管體積比較大，比較難固定，穩(wěn)定性和可靠性欠佳。ADI的Surge Stopper技術(shù)，把瞬間脈沖的干擾電源尖的部分全部消除，將其控制在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，這樣車身系統(tǒng)就能避免因?yàn)橐馔獾母蓴_損壞汽車上的組件，進(jìn)而提高安全性。
通信應(yīng)用
對(duì)于華為、思科、愛(ài)立信、中興這些通信系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商而言，5G帶來(lái)的挑戰(zhàn)非常大。小型化、高帶寬、高功率，這些對(duì)基站設(shè)備在能源密度、效能和可靠性方面都提出了迫切的要求。
對(duì)于無(wú)線基站模塊而言，小型化和高集成度對(duì)于供電、散熱、效率和可靠性性能要求很高。所以在POE方案設(shè)計(jì)中，不僅要實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)線給電源供電，同時(shí)要考慮如何提升功率密度。以FPGA的0.8V內(nèi)核電壓、100A的輸出電流為例，ADI電源模塊在2010年需要12片LTM4601才能做到100A，經(jīng)過(guò)3次迭代，到最新的LTM4700只要1片就能做到100A！
基于封裝工藝的迭代，LTM4700內(nèi)置了散熱器，將電感從模塊中移至模塊上幫助散熱，電感可以非常有效的把熱從空氣中帶走，其散熱性能勝過(guò)離散的方案。
圖：LTM4700只有拇指大小，厚度約和鉛筆一樣
與無(wú)線不同，有線設(shè)備需要熱插拔、高轉(zhuǎn)換效率以及電源管理PSM的應(yīng)用。此外，由于局端設(shè)備的溫度非常高，效率優(yōu)化十分重要。傳統(tǒng)的電源，效率到93%、94%，就很難再提升了。在通信背板上，48V往下轉(zhuǎn)時(shí)，往往轉(zhuǎn)換效率不高，這個(gè)痛點(diǎn)如何解決？
ADI的方法是優(yōu)化電感損耗的問(wèn)題。LTC7820是一款固定比例高電壓高功率開(kāi)關(guān)電容器，用CFLY（飛電容） 取代過(guò)去損耗比較大的電感，2.8×2.8厘米6毫米厚的模塊，從48V到24V，可以推約500W功率，效率在99%左右。這個(gè)器件體現(xiàn)了一個(gè)創(chuàng)新思路：即通過(guò)非常高效的電路，把48伏轉(zhuǎn)成24伏，剩下的板級(jí)系統(tǒng)再往下轉(zhuǎn)，既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，又解決了傳統(tǒng)電路的瓶頸。
圖：LTC7820用CFLY取代電感提高轉(zhuǎn)換效率
光通信市場(chǎng)在中國(guó)的快速增長(zhǎng)推動(dòng)著光模塊的發(fā)展。體積是光模塊設(shè)計(jì)最大的挑戰(zhàn)。如ADI的LTM4622和LTM4624是6.25mm×6.25mm×1.8mm的電源模塊，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
梁再信表示，總的來(lái)看，通信電源模塊對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求主要是三個(gè)方向：一是大功率，如100A的輸出電流，ADI已在研發(fā)下一代；二是小體積，ADI已在研發(fā)4mm×4mm的產(chǎn)品；三是做薄，比如1.8mm、1.5mm甚至更薄，在這么薄的空間里還要集成MOS管、電感等器件，這是很大的挑戰(zhàn)。用多層基板做模塊是ADI獨(dú)有的方法，這個(gè)方法解決了小體積器件高密度布線、散熱、多元器件封裝的難題。
