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为什么对MLCC电源的要求那么高？

【为什么对MLCC电源的要求那么高？】 伴随着智能电子、自动化和传感器在工业和汽车环境中的普及，提高了对电源数量和性能的要求 。特别是低 EMI，已成为更加重要的关键电源参数考量因素，除此以外，还包括小解决方案尺寸、高效率、热性能、稳健性和易用性等常规要求 。
多层陶瓷电容器(MLCC)的价格在过去几年急剧上涨，究其原因，与汽车、工业、数据中心和电信行业使用的电源数量增加有关 。陶瓷电容被用在电源输出端，用于降低输出纹波，以及控制因为高压摆率加载瞬变而导致的输出电压过冲和欠冲 。输入端则要求陶瓷电容进行解耦和过滤 EMI，这是因为在高频率下，它具备低 ESR 和低 ESL 。
为了提高工业和汽车系统的性能，需要将数据处理速度提高几个等级，并且在微处理器、CPU、片上系统(SoC)、ASIC 和 FPGA 上集成更多耗电器件 。这些复杂的器件类型需要多条稳压电轨：一般是内核 0.8 V，DDR3 和 LPDDR4 分别 1.2 V 和 1.1 V，外设和辅助组件分别为 5 V、3.3 V 和 1.8 V 。降压(降压型)转换器被广泛用于调节电池或直流总线提供的电源 。
例如，汽车中的高级驾驶员辅助系统(ADAS)产品组合大幅提升了陶瓷电容的使用率 。随着电信行业开始采用 5G 技术，也需要用到高性能电源，这也会显著增加陶瓷电容的使用率 。内核的电源电流从几安培增加到几十安培，且严格管控电源纹波、负载瞬变过冲 / 欠冲和电磁干扰(EMI)，这些都需要额外的电容 。
更高的电源工作(开关)频率可以降低瞬变对输出电压造成的影响，降低电容需求和整体解决方案的尺寸，但是更高的开关频率往往会导致开关损耗增加，降低整体效率 。能否在先进的微处理器、CPU、SoC、ASIC 和 FPGA 需要极高的电流时，避免这种取舍并满足瞬变要求?
ADI 的单芯片 Silent Switcher® 2 降压稳压器系列帮助实现紧凑的解决方案尺寸、高电流能力和高效率，更重要的是，还具备出色的 EMI 性能 。LTC7151S 单芯片降压稳压器使用 Silent Switcher 2 架构来简化 EMI 滤波器设计 。谷电流模式可以降低输出电容需求 。我们来看看适合 SoC 的 20 V 输入至 1 V、15 A 输出解决方案 。
面向 SoC 的 20 V 输入、15 A 解决方案
图 1 所示为适合 SoC 和 CPU 功率应用的 1 MHz、1.0 V、15 A 解决方案，其中输入一般为 12 V 或 5 V，可能在 3.1 V 至 20 V 之间波动 。只需要输入和输出电容、电感、几个小型电阻和电容即会组成完整的电源 。此电路易于修改，以生成其他输出电压，例如 1.8 V、1.1 V 和 0.85 V，一直到 0.6 V 。输出电轨的负回流(至 V–引脚)使得其能够对负载附近的输出电压实施远程反馈检测，最大限度降低板路径的压降导致的反馈误差 。
图 1 所示的解决方案使用 LTC7151S Silent Switcher 2 稳压器，该稳压器采用高性能集成式 MOSFET，以及 28 引脚散热增强型 4 mm × 5 mm × 0.74 mm LQFN 封装 。通过谷电流模式实施控制 。内置保护功能，以最大限度减少外部保护组件的数量 。
顶部开关的最短导通时间仅为 20 ns(典型值)，可以在极高频率下直接降压至内核电压 。热管理功能支持可靠、持续地提供高达 15 A 的电流、20 V 的输入电压，无散热或气流，因此非常适合电信、工业、交通运输和汽车应用领域的 SOC、FPGA、DSP、GPU 和微处理器使用 。
LTC7151S 具备广泛的输入范围，可以用作一级中间转换器，支持多个下游负载点或 LDO 稳压器在 5 V 或 3.3 V 时达到最高 15 A 。
图. 适用于 SoC 和 CPU 的 1 MHz、15 A 降压稳压器的原理图和效率

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