下一代路由器和交換機越來(lái)越復雜，而且要有較強的可擴展能力，這給電源制造商帶來(lái)了壓力，要求他們提高效率，減小解決方案體積，提供靈活的解決方案，以在多種平臺上擴展應用。系統設計師經(jīng)常會(huì )具有某一基本架構的幾種變型，從而使他們能夠提供各具不同特性集的高端、中端和低端系統�？筛鶕�系統需要增添、移除或調整大小的器件類(lèi)型示例包括；內容可尋址存儲器 (CAM)、三元內容可尋址存儲器 (TCAM)、專(zhuān)用集成電路 (ASIC)、全定制硅芯片和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)。

CAM 通常被描述為與隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器 (RAM) 完全不同。要讀取 RAM 中的數據時(shí)，操作系統必須提供數據所在的存儲器地址。存儲在 CAM 中的數據則可通過(guò)查詢(xún)內容本身來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，存儲器讀取能夠找到數據的地址。由于其并行本質(zhì)，CAM 要比 RAM 快很多。但是，這會(huì )消耗很大的功率，產(chǎn)生較多的熱量。CAM 非常昂貴，因此，一般不用在 PC 中。即使是路由器供應商有時(shí)候也會(huì )非常節儉，轉而選擇實(shí)現基于高級軟件的搜索算法。網(wǎng)絡(luò )處理設備中會(huì )使用 CAM，包括 Intel IXP 卡和各種路由器或交換機。最常實(shí)現的 CAM 被稱(chēng)之為二元 CAM。它們只搜索 1 和 0�？梢源_定的是以千兆位線(xiàn)速率轉發(fā)以太網(wǎng)幀的任何交換功能都使用了 CAM 進(jìn)行查找。如果它們使用 RAM，操作系統則不得不記住存儲任何內容的地址。而采用 CAM，操作系統可以在一次操作中找到自己所需要的。

TCAM 是一種特殊類(lèi)型的高速存儲器，在一個(gè)時(shí)鐘周期中搜索所有內容�！叭�元”這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是存儲器使用三種不同的輸入 (0、1 和 X) 來(lái)存儲和查詢(xún)數據的能力。常被稱(chēng)為“隨意”或“通配符”狀態(tài)的“X”輸入使得 TCAM 能夠完成基于圖形匹配的更廣泛搜索，這與二元 CAM 截然相反，后者執行的是僅采用 0 和 1 的精確匹配搜索。路由器可以在這些 TCAM 中存儲完整的路由表，能夠非�？焖俚倪M(jìn)行查找。TCAM 提高了查找速度，也增強了數據包分類(lèi)和數據包轉發(fā)能力，但是功耗比 CAM 高。CAM 和 TCAM 都需要非常精確的設置點(diǎn)，有嚴格的電壓瞬變要求，這對于電源設計師而言是很大的挑戰。

ASIC 是另一種可以用在路由器和交換機中的器件，這種集成電路 (IC) 能夠針對某種應用進(jìn)行定制，而不是面向通用應用。新式 ASIC 常常包含整個(gè)微處理器、內存塊 (包括 ROM、RAM、EEPROM、閃存) 及其他大型單元式部件。這樣的一個(gè) ASIC 通常被稱(chēng)為 SoC (片內系統)，而且此類(lèi) ASIC 會(huì )需要幾百安培的電流和介于 0.8V 至 1.2V 范圍內的電壓。采用 TCAM 和 CAM，設置點(diǎn)準確度和瞬變響應對于這些解決方案的整體性能非常關(guān)鍵。小解決方案尺寸和優(yōu)異的電流控制功能也是電源設計師的關(guān)鍵要求。

FPGA 是用于路由器和交換機的另一類(lèi)器件，是一種可以進(jìn)行編程的集成電路。FPGA 用在特殊系統設計中，支持用戶(hù)對微處理器進(jìn)行定制以滿(mǎn)足他們自己獨特的需求。這類(lèi)器件有多路電壓輸入，其內核電源要求提供一百安培以上的電流。

可擴展能力

分配給某一路由器的 CAM 和 TCAM 數量取決于網(wǎng)絡(luò )公司怎樣定位他們的產(chǎn)品 —— 是低端、中端還是高端路由器。較昂貴的路由器通常會(huì )有足夠的 CAM 和 TCAM，以便實(shí)現最高速度、最快查找和最大的吞吐量。但是，某些客戶(hù)不愿意購買(mǎi)高端路由器，除非他們認為增加額外的成本是合理的。因此，需求是要求能夠提供具有不同級別功能的多種平臺，如果有可以用于不同功率電平而且有多路輸出的 DC/DC 轉換器來(lái)支持多種平臺將會(huì )非常方便。

現有的解決方案一般能夠提供多相設計，但是只有一路或者兩路輸出。如果有兩路以上的大電流負載，用戶(hù)會(huì )求助于使用多個(gè)控制器，這增加了解決方案的尺寸、設計復雜度和成本。此外，某些現有的電源解決方案需要一種與標準 DrMOS 或電源模塊 (power block) 器件不兼容的專(zhuān)用功率鏈路器件。凌力爾特公司的 LTC7851/-1 控制器滿(mǎn)足了對跨多個(gè)平臺靈活性的需求，這些平臺要求提供同時(shí)支持大電流輸出和高密度多路輸出負載點(diǎn)的解決方案。

可擴展的解決方案

LTC7851/-1 是一款多相同步電壓模式降壓控制器，支持用戶(hù)靈活的從一路、兩路、三路或者四路輸出中進(jìn)行選擇，根據所選擇的外部元器件，能夠為每路輸出提供高達 40A電流。作為一個(gè)實(shí)例，所有 4 相可以組合在一起為內核電源提供 160A，或者提供支持系統電源以及 ASIC 各種 I/O 電源軌的 4 路獨立輸出。LTC7851/-1采用 DrMOS、電源模塊 (Power Block) 以及分立型 N 溝道 MOSFET 和用于功率鏈路器件的相關(guān)柵極驅動(dòng)器一起工作，從而實(shí)現了靈活的設計配置。采用兩個(gè) IC 時(shí)，最多可把 8 相并聯(lián)以及進(jìn)行異相計時(shí)，以最大限度地減少針對非常高電流要求 (超過(guò) 260A) 的輸入和輸出濾波。采用三個(gè) IC 時(shí)，通過(guò)使用一個(gè)外部時(shí)鐘芯片 (例如：LTC6902) 可對多達 12 相進(jìn)行 30° 異相計時(shí)。

而且，當并聯(lián)時(shí)，LTC7851 / -1 的內部輔助均流環(huán)路可使相位之間的電流達到均衡，從而能夠跨多顆 IC 在相位間實(shí)現準確的均流，在穩態(tài)和瞬變過(guò)程中皆是如此。它采用了 3V 至 5.5V 的 V_CC 供電電壓工作，設計用于對 3V 至 27V 的輸入電壓進(jìn)行降壓轉換，產(chǎn)生 0.6V 至 5V 的 1 至 4 路獨立輸出電壓。器件的電壓模式控制架構允許 250kHz 至 2.25MHz 的可選固定工作頻率，也可以同步至一個(gè)同樣范圍的外部時(shí)鐘。通過(guò)監視輸出電感器 (DCR) 兩端的壓降可檢測輸出電流，從而提高了效率，也可以使用低阻值檢測電阻器檢測輸出電流。內置差分放大器在所有輸出上提供了真正的遠程輸出電壓檢測功能，實(shí)現了高準確度的調節功能。

LTC7851-1 與 LTC7851 相似，只是前者具有較低的電流檢測放大器增益，因而非常適合于采用具內部電流檢測能力之 DrMOS 的功率鏈路應用。針對每相的其他特點(diǎn)包括電流監視、可調電流限值、可編程軟起動(dòng)或跟蹤、以及個(gè)別的電源良好信號。此外，它還能在一個(gè) –20°C 至 85°C 的工作溫度范圍內保持 ±0.75% 的輸出電壓準確度，并采用 58 引腳 5mm x 9mm QFN 封裝。應該認識到，精心設計的準確基準能夠極大地減少滿(mǎn)足當今定制硅芯片和 ASIC 之瞬態(tài)響應所需的體輸出電容量。圖 1 示出了采用 DrMOS 作為功率鏈路器件以把一個(gè) 7V 至 14V 輸入轉換為一個(gè) 1.2V/120A 輸出的簡(jiǎn)化原理圖。 

圖1：LTC7851 簡(jiǎn)化原理圖，實(shí)現了 1.2V/120A 單輸出

效率

圖 2 中的 LTC7851 效率曲線(xiàn)表示了圖 1 電流原理圖，顯示了具有高達 120A 輸出電流的 7V、12V 和 14V 輸入電壓�？梢詫�(shí)現高達 94.5% 的效率。

圖2：LTC7851 在 7V、12V 和 14V 輸入至 1.2V/120A 單輸出時(shí)的效率曲線(xiàn) 

效率 (%)

負載電流 (A)

電流平衡

當把多個(gè) LTC7851/-1  的通道并聯(lián)以驅動(dòng)一個(gè)公共負載時(shí)，準確的輸出均流對于實(shí)現最佳性能和效率是必不可少的。否則，倘若某個(gè)電路級提供的電流多于另一個(gè)電路級，則這兩個(gè)電路級之間的溫度將是不同的，而且這有可能轉化為較高的開(kāi)關(guān) R_DS(ON)、較低的效率和較高的 RMS 紋波。這里，即使是少量的失配也會(huì )極大地減少多相設計中的可用總功率。利用 LTC7851 嚴緊的均流規格，設計師將能從當今的 DrMOS 器件提取最大的輸出電流。

對于單輸出多相應用，LTC7851/-1 內置了一個(gè)輔助均流環(huán)路，在該環(huán)路中每個(gè)周期對電感器電流進(jìn)行采樣。主控制器的電流檢測放大器輸出在 I_AVG 引腳上取平均。一個(gè)連接在 I_AVG 和 GND 之間的小電容器 (通常為 100pF) 負責存儲一個(gè)與主控制器的瞬時(shí)平均電流對應的電壓。主控器相位和受控器相位 I_AVG 引腳連接在一起，而且每個(gè)受控器相位對其電流與主控器之間的差異進(jìn)行積分。在每相內，積分器輸出與系統誤差放大器電壓 (COMP) 進(jìn)行按比例求和，并調節該相位的占空比以均衡電流。當多顆 IC 采取菊鏈式連接時(shí)，I_AVG 引腳連接在一起，從而導致一個(gè)大約 2% 至 3% 的電流失衡。圖 3 示出了四相中每相的電感器電流檢測電壓與負載電流的關(guān)系曲線(xiàn)，以及它們在整個(gè)負載范圍內所達到的平衡水平。 

圖3：?jiǎn)温?/strong> 1.2V/120A 輸出的四相電流平衡