然而，随着FPGA和更强大的MPU等处理器日益复杂，也需要更多的电源路径。此外，处理器内核和外围功能在较低电源电压下运行的情况也越来越普遍。高性能处理器对瞬态电压和纹波非常敏感，这意味着我们必须非常谨慎地设计电源架构以及在印刷电路板上布线。
本文将探讨一种可行的解决方案：紧凑型、低功耗、高密度单输出DC/DC转换器模块。

处理器发展趋势
——随着处理器尺寸的缩小，处理器和可编程逻辑器件的功能集成度也在不断提高。片上系统 (SoC) 和系统级封装 (SiP) 集成电路正日益普及，成为克服复杂应用中空间限制的有效途径。
微控制器、微处理器和现场可编程门阵列 (FPGA) 与无线局域网无线电模块、高速网络收发器和加密加速引擎等集成于同一封装中。
通过将更多功能压缩到单个集成电路芯片上，我们获得了诸多优势。然而，市场对低功耗、禁用特定功能以及保持应用响应速度的需求，对电源设计提出了更高的要求。

电源供应挑战
——定制和专用集成电路 (IC)、FPGA 以及高度复杂的处理器需要多条电源线，这些电源线具有不同的电压等级、高动态电流，并且必须严格遵守相关法规和瞬态电压容差。在这些超集成器件中，电源线在启动时还必须遵循预定的顺序，以防止应用故障或内部损坏。DC
/DC 转换器是为高需求设备供电的常用方法，可以作为负载点或分布式总线架构的一部分。
对于电源系统设计人员来说，一些架构限制包括电路板空间、散热管理、电源线顺序和布线。
电路板空间：如今的应用空间非常有限，迫使我们优化印刷电路板的尺寸。选择 DC/DC 转换器时，最好选择尺寸最小的型号，但还有其他相互关联的限制，我们将在下文中看到。
散热管理：转换器的效率和功率密度是数据手册中需要检查的关键特性。转换效率通常高于 94%，但即使是这个值也会产生残余热量，必须根据输出电流将其散发出去。因此，在选择转换器时，我们必须考虑是否需要特殊的散热片、安装支架或导热垫。
瞬态管理和电源布线：将电源线放置在印刷电路板上时，它们可能会受到其他设备和信号的电磁干扰 (EMI)。此外，在电流尖峰期间，过长的走线会在大型电路板上产生瞬态电压。减少这些影响的一种方法是将 DC/DC 转换器放置在被供电设备的电源输入引脚旁边，前提是这样做不会影响转换器的散热极限，并且电路板上有足够的空间。
电源线时序：为了实现这一点，主处理器需要访问 DC/DC 转换器上的“电源使能”引脚。转换器还应具有有效的电源输出，以确认其正常工作。

TI TPSM82xx 降压 DC/DC 转换器
- TI TPSM82 系列现在包括 TPSM8282xA 和 TPSMS8286xA 系列。

TPSM8282xA
系列包括 TPSM82821A、822A 和 823A，它们是小型、低剖面的降压转换器模块，集成电感器，并提供 1A、2A 或 3A 的单路输出。此外，还有节能且引脚兼容的 TPSM82821、822 和 823 版本可供选择。图 1 显示了 TPSM8282xA 系列的功能框图。
图 1：TPSM8282xA 降压转换器系列功能框图（来源：TI）

该转换器采用 DCS 控制拓扑结构，可提供精确的输出电压，并对线路和负载瞬态变化做出快速响应，同时可在 PWM 模式和节能模式之间平滑切换。强制 PWM 选项允许转换器在整个负载范围内以连续导通模式运行，从而最大限度地降低输出纹波。TPSM8282xA 的特性包括使能引脚、正确的电源输出、集成软启动和短路保护。
通过分压器，可变输出电压范围从 0.6 VDC 扩展到 Vin，固定输出电压选项包括 1.2、1.8、2.5 或 3.3 VDC。图 2 显示了输出电压设置为 1.8 VDC (2 A) 的转换器实现。
静态电流降至 4 µA，典型转换效率为 95%。

图 2：TPSM828222 DC/DC 转换器模块的典型应用图，输出设置为 1.8 VDC (2 A)（来源：TI）。.

TPSM8282x 系列采用小型、低高度的 10 引脚 microSiP 封装（2 x 2.5 x 1.1 mm），非常适合在处理器 Vin 引脚附近供电。TPSM8282xEVM
-080 评估板（图 3）是一个便于使用 TPSM8282x 进行原型设计的实用平台。

图 3：TPSM8282xEVM-80 评估板（来源：TI）

TPSM8286xA
系列降压转换器与TPSM8282xA具有相似的特性，包括4A模块（TPSM82864A）和6A模块（TPSM82866A）。这些转换器能量效率高达96%，集成电感，输入电压范围为2.4–5.5VDC。它们提供13种不同版本，包括固定输出电压版本（涵盖所有常用标称电压）和可配置输出电压版本（范围从0.6V到Vin）。TPSM8286x
系列转换器采用超薄封装，封装尺寸为3.5 x 4 x 1.4mm（-826xA版本）或3.5 x 4 x 1.8mm（-828xAH版本）。该模块的高效率，以及其QFN封装底部的导热垫，使得这款转换器尽管设计紧凑，却拥有出色的温度管理性能。TPSM8286xA
系列实现了32 mm²的设计（图4），节省了印刷电路板上的宝贵空间，并允许其靠近处理器的Vin引脚放置，同时还实现了高工作效率和良好的散热性能。有关推荐的器件放置和电路板布局流程的更多信息，请参阅数据手册（产品入库后需要Mouser链接）。

图 4：TPSM8286xA 的一个示例应用建议布局，该芯片在电路板上仅占用 32 mm2 的面积（来源：TI）

TPSM8286xA 系列还提供评估板，即 TPSM8286xA EVM。
鉴于英特尔近期宣布将于 2022 年 3 月停止接受所有 Enpirion 器件的订单，TI 的 TPSM8282x 和 TPSM8286xA 降压及负载点转换器是理想的替代方案。（Mouser 主页？）它们
在负载点实现了高效的 DC/DC 转换和散热优化。
如今的处理器、FPGA 和 ASIC 集成度很高。为了确保可靠运行，我们必须精心设计电源策略。使用像 TPSM8282x、TPSM8282xA 和 TPSM8286xA 这样紧凑、低矮、高效的 DC/DC 转换器是最佳解决方案。

作者：Mark Patrick， 贸泽电子