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

數(shù)據(jù)流量是現(xiàn)代生活的中心。例如，一個(gè)手機(jī)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(shí)，需要連接Wi-Fi；網(wǎng)上購物時(shí)，僅加載單個(gè)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(dòng)數(shù)據(jù)流量

數(shù)據(jù)流通的速率和實(shí)時(shí)性要求不斷提高，這對(duì)運(yùn)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(xiàng)考驗(yàn)。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(jī)和服務(wù)器之間來回傳輸。而光模塊在這個(gè)流通過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中都扮演著關(guān)鍵的角色（見圖1）。

圖1: 數(shù)據(jù)交換

光模塊是光通信的基礎(chǔ)，用于實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換（見圖2）。它接收光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將該信號(hào)發(fā)送到后處理芯片；或者接收來自后處理芯片的電信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，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)。

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(jí)，傳輸速率也不斷提升。采用更強(qiáng)大的處理芯片意味著更大的功耗和更嚴(yán)格的功率要求，這使得本來就很緊湊的光模塊設(shè)計(jì)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(shì)，可顯著緩解電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品開發(fā)（見圖 3）。

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。

圖4: MPS 400G光模塊解決方案

MPM38x4C系列器件簡(jiǎn)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(dá) 1A 的連續(xù)輸出電流(I_OUT)，MPM3824C 提供 2A 連續(xù)I_OUT，MPM3834C 則提供 3A I_OUT。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(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)出色的 EMC 性能（見圖 5）。

圖5: MPM38x4C系列模塊引腳示意圖

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

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(V_IN)范圍

●  輸出電壓(V_OUT)低至 0.6V

●  1.25MHz 開關(guān)頻率(f_SW)

●  最大 1A/2A/3A 連續(xù) I_OUT

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

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

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

圖7所示為MPM3814C的典型應(yīng)用電路。

圖7: MPM3814C典型應(yīng)用電路

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

圖8: MPM3814C 效率曲線

圖 9 顯示了 MPM3824C 的效率曲線。

圖9: MPM3824C 效率曲線

圖 10 顯示了 MPM3834C 的效率曲線。

圖10: MPM3834C 效率曲線

MPM38x4C 系列器件具有超高 f_SW，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(gè) 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(shí)的輸出紋波波形。

圖11: MPM3814C輸出紋波波形

圖 12 顯示了 MPM3824C 的輸出紋波波形。

圖12: MPM3824C 輸出紋波波形

圖 13 顯示了 MPM3834C 的輸出紋波波形。

圖13: MPM3834C 輸出紋波波形

MPM3864簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)高達(dá) 6A 的連續(xù) I_OUT 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(jiǎn)潔，只需要很少的外圍元件即可完成設(shè)計(jì)。

圖14: MPM3864建議布局示例

MPM3864提供內(nèi)置電感和多個(gè)關(guān)鍵器件，采用恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制，工作頻率為1.2MHz，同時(shí)具有出色的動(dòng)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

●  V_OUT 可低至 0.6V

●  最大 6A 連續(xù) I_OUT

●  2.75V 至 7V 的寬 V_IN 范圍

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

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

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

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

圖15所示為MPM3864的典型應(yīng)用電路。

圖15: MPM3864典型應(yīng)用電路

圖 16 顯示了 MPM3864 的效率曲線。

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(gè) 22μF MLCC 輸出電容，無論負(fù)載電流為 0A 還是 6A，峰峰值輸出紋波都可保持在 10mV 以下。

圖17: MPM3864輸出紋波波形

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

圖18: MPM3864負(fù)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(duì)光模塊的功率要求也更加嚴(yán)格，設(shè)計(jì)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。