中心議題：
- 數字系統需要更好的DC/DC穩壓器負載點解決方案
- 新推出的LTM4604滿足超薄、緊湊的要求
- LTM4604的若干優點
解決方案：
- 減小占板面積，降低工作電壓和功率
- 采用電流模式架構，實現自我保護、避免電路異常影響
- 屏蔽內部電感器，降低EMI
- 減小熱阻，提高效率
模擬集成電路設計師 (尤其是 DC/DC 穩壓器集成電路設計師) 似乎不欣賞數字集成電路設計師的艱苦工作，因為這些搗弄數字“1”和“0”的魔術師們拋棄了舊技術，而代之以更加令人興奮的創新型方案。不過，自從幾年前模擬DC/DC穩壓器IC設計師和封裝工程師著手采用創造性的方法推出具更佳熱性能、更低噪聲和更緊湊尺寸的DC/DC穩壓器負載點（POL）解決方案以來，他們便得到了尊重。這些解決方案具有更高的熱性能、更低的噪聲和更緊湊的尺寸。當標準提高到生產一個完整的開關模式 DC/DC 穩壓器系統，即片上具有電感器和其余的控制電路，采用尺寸類似于標準 FPGA 或微處理器的輕重量表面貼裝塑料密封封裝時，數字集成電路設計師的工作又迎來了新的轉變。
與現有框架開放或裸露的 POL DC/DC 穩壓器產品不同，這些新器件具有引人注目的可靠性，因為每一個組件都受到保護并與外部環境隔離。另外，與現有 POL 解決方案不同，這些創新性 DC/DC 系統為組裝工程師節省電路板空間提供了一條新的途徑，他們可以利用系統電路板背面的可用空間安裝電源。這些器件無需特別配置工具或抓放型機器，可以用類似于任何其他表面貼裝封裝的處理方法來處理。
既然 DC/DC 穩壓器常常是數字系統設計師頭腦中最后一個擔憂之處，那么有了 DC/DC POL 領域的這種創新，設計師就能夠將更多精力集中到更復雜的數字設計上，而較少擔心 DC/DC 穩壓器的性能、尺寸、可靠性或安裝問題。
經過幾年的研究和測試后，凌力爾特公司去年推出了一個完整的 DC/DC 穩壓器系列，這個系列的器件采用纖巧、重量輕和緊湊的塑料 LGA 密封封裝，這個系列的器件非常小，就像一個表面貼裝集成電路一樣。最近，凌力爾特公司又推出了另一個系列的 DC/DC 穩壓器，這個系列器件的應用目標是，用 5V 或更低的較低輸入電壓工作的系統，而且這個系列器件的封裝更小、更薄。
LTM4604 是凌力
爾特公司推出的最新 DC/DC 微型模塊（µModuleTM）穩壓器，LTM4604 也引出了一個面向低壓應用（2.375V 至 5V）的新器件系列。第一個器件系列由 6 個 DC/DC 微型模塊穩壓器組成，以較高電壓和較高功率的應用為目標，而新推出的器件系列專門用于較低電壓和功率略低一些的應用。此外，新器件系列采用的封裝小 40%。參見表 1，以迅速了解這些緊湊和完整的 DC/DC 系統的特色。
超薄、緊湊的 DC/DC POL 穩壓器
這個系列的第一個產品是 LTM4604。這個完整的 4A DC/DC 穩壓器系統包括一個電感器、DC/DC 穩壓器、功率 MOSFET、輸入和輸出旁路電容器以及補償電路。所有這些組件都包含在一個高度為 2.3mm 的塑料 LGA 密封封裝中，僅占用 9mm x 15mm 的印刷電路板面積，重量僅為 0.86g（參見圖 1）。這個器件專門用于組成一個緊湊的負載點 DC/DC 解決方案，用于需要超薄封裝的應用，如 RAID 系統和采用 PCI 或 PCI Express 的單板計算機。此外，緊湊的尺寸、高度很低和重量輕允許 LTM4604 安裝在印刷電路板的背面，將電路板正面的空間騰出來用于 FPGA、ASIC、存儲器和其他集成電路。
由于 LTM4604 以較低電壓和較低功率工作，因此這個器件采用了更小和更薄的 LGA 封裝，與第一個系列的器件相比，LTM4604 占板面積小 40%，薄 18%。第一個系列的器件具有更高的功率和更高的電壓（LTM4600、LTM4601 和 LTM4603）。圖 2 比較了這些器件的相對尺寸（占用面積）。
圖 2：新的 LTM4604 占板面積小 40%（未按比例，背面圖）
優點
一個完整的 DC/DC 負載點穩壓器系統：
•有屏蔽的片上電感器：
該內置電感器是有屏蔽的，實現了低噪聲工作。用戶不必再進行與電感器峰值電流、電感值、電感器類型、飽和、磁芯材料等有關的計算。
•片上 DC/DC 穩壓器和功率 MOSFET：
具有 MOSFET 的片上 DC/DC 穩壓器以高效率工作，提供高達 5A 的峰值電流、4A 的直流輸出電流。
•片上補償電路
設計一個穩定的 DC/DC 電路常常是一個困難的任務，LTM4604 具有內部補償。
•器件數最少：
•每個微型模塊轉換器都只需要一個電阻器來設置從 0.8V 至 5V 的輸出電壓。
•大容量系統電容器通常對這些器件來說足夠了；每個器件都含有輸入和輸出旁路電容器。
•每個微型模塊轉換器都只需要一個電阻器來設置從 0.8V 至 5V 的輸出電壓。
•大容量系統電容器通常對這些器件來說足夠了；每個器件都含有輸入和輸出旁路電容器。
電氣性能
LTM4604 穩壓器用 2.375V 至 5V（最高 6V）的輸入電壓工作，在 0.8V 至 5V 的范圍內調節輸出電壓。這個微型模塊穩壓器是一個非常緊湊的解決方案，用于需要 2.xV、1.xV 和低于 1V 的負載點 DC/DC 轉換的 5V 和 3.3V 主電源系統。該器件在 5V 輸入和 3.3V 輸出、負載電流在 500mA 至 4A 時，可輕松實現 90% 至 95% 的效率。僅用一個外部電阻器就可以設置輸出電壓，而且如果需要，再用幾個大容量電容器，任何人都可以用這個器件設計一個緊湊的 DC/DC 負載點穩壓器。
LTM4604 采用電流模式架構，可以迅速保護自身和負載免受短期電路異常情況的影響。其他保護電路監視過壓和欠壓情況以及溫度過高情況。由于大多數數字系統在徹底加電之前監視輸出電壓穩定情況，因此該器件在輸出電壓處于或未處于穩定狀態時發出系統標記信號。另外，為了解決復雜多電壓電路板的受控加電和排序消除問題，LTM4604 配備了軟啟動和跟蹤功能。
如果需要高于 4A 的負載電流，那么多個 LTM4604 可以輕松并聯以共用輸出電流。電流模式架構和精確的電流共用允許每個器件等量分得負載電流的增加量，從而消除了任何一個 LTM4604 器件過熱的風險。這一特色允許熱量均勻地在多個 LTM4604 穩壓器上散出，消除了過熱問題或發熱點。
另外，為了最大限度地降低 EMI（電磁干擾），LTM4604 內部的電感器是屏蔽的。此外，LTM4604 的內部布局和布線設計可減少或消除 LTM4604 內部的快速開關電流可能引入的任何干擾。
熱性能
DC/DC 穩壓器具有高效率并不意味著它能夠散出浪費的功率，尤其是在其尺寸縮小后，更是這樣。為了讓一個更緊湊的 DC/DC 設計提供同樣的功率，POL 系統必須具有較低的熱阻。否則，POL 解決方案的額定輸出功率甚至在相對正常的環境溫度和電壓轉換條件下也必須降低。例如，如果 LTM4604 的封裝有熱阻不良問題，那么它在 70oC 至 90oC 的環境溫度范圍時，必須降級為 1.5A 器件，甚至有空氣流動時也一樣。為了保證甚至在極端的環境溫度和 DC/DC 轉換條件下，都能以最少的功率降額提供最高的輸出，LTM4604 的封裝設計允許從頂部和底部散熱。參見圖 3、圖 4 和表 2，其中列舉了就 2.5V 輸出電壓設計所測得的熱阻。
表 2：LTM4604 具有非常低的熱阻和最少的熱量降額
•電壓額定值：低壓：
就以低輸入電壓工作和尺寸更小而言，這個新的微型模塊轉換器系列是獨一無二的。大部分同類預組裝電源以最高 6V 至 16V 的輸入工作。少數以高于這個電壓工作的器件占用更多的電路板面積（40% 多），高度高得多（高達 2 倍），功率更低（2W 至 5W）。LTM4600 和這個系列的其他器件都是密封解決方案，并有最大額定輸入電源電壓不同的兩種版本，例如，LTM4601EV（20VMAX）和 LTM4601HVEV（28VMAX）。
•封裝：
•非常薄（高度）：
封裝厚度僅為 2.3mm，這對電路板正面器件密集排列和為采用 DC/DC 微型模塊系列器件的電源留出很少空間的應用尤其有利。它們可以焊接到電路板背面。其薄封裝不會使電路板總體厚度增厚很多，占用面積僅為 9mm x 15mm。
•滿足 PCI 擴展卡背面的物理尺寸要求
根據PCI Local Bus Mechanical Specification（修訂版 2.1 第五章 5.2 節），“卡背面組件的高度最高不超過 0.105 英（2.67mm）”。LTM4604 的 2.3mm 的高度加上 0.2mm 高的焊料，總高度遠低于 PCI 卡規范要求。LTM4604 的薄封裝和輕重量允許它安裝在卡的背面，而不會違反規范要求。
背面安裝利用了可用空間，如果采用大而笨重的 DC/DC 穩壓器就無法利用這樣的空間。另外，LTM4604 封裝的低高度允許空氣在機箱中多個卡之間非常容易和均勻地流動。
•100% 表面貼裝，重量輕：
重量輕和 100% 表面貼裝封裝允許任何抓放型機器處理 LTM4600 系列器件。無需特別配置設備。
•無鉛（e4）封裝，并具有可與含鉛或含錫焊膏一起使用的金涂層
這些微型模塊穩壓器本身無鉛，符合 JEDEC（e4）標準。不過，與很多啞錫涂層的無鉛封裝不同，這個系列器件有鍍金焊盤，允許使用有鉛或無鉛焊膏。
•符合 RoHS 要求
這個 DC/DC 微型模塊系列符合 RoHS 要求。
結論
新的低壓 DC/DC 微型模塊 POL 穩壓器 LTM4604 采用更緊湊的封裝，面積僅為 9mm x 15mm，高度為 2.3mm。其密封設計可保護組件免受潮濕影響或物理損壞。我們對其布局給以了極大關注，以最大限度地降低 EMI 并最大限度地提高散熱。
