利用MPS電源模塊賦能光模塊驅動數據流量

數據流量是現代生活的中心。例如，一個手機應用的安裝包就需要數千兆字節的流量；當軟件需要多次更新時，需要連接Wi-Fi；網上購物時，僅加載單個頁面就需要消耗數兆的流量；如果網速不夠快，視頻通話將很容易卡頓。

光模塊驅動數據流量

數據流通的速率和實時性要求不斷提高，這對運營商網絡以及互聯網企業的數據中心都是一項考驗。從接入網到城際網，再從城際網到骨干網，數據在路由器、交換機和服務器之間來回傳輸。而光模塊在這個流通過程的各個環節中都扮演著關鍵的角色（見圖1）。

圖1: 數據交換

光模塊是光通信的基礎，用于實現光電轉換（見圖2）。它接收光纖中傳輸的光信號并將其轉換為電信號，然后將該信號發送到后處理芯片；或者接收來自后處理芯片的電信號并將其轉換為光信號，再通過光纖傳輸。光電轉換傳輸空間承載著關鍵的數據。

圖2: 光模塊結構

近年來數據流量需求的爆發式增長導致光模塊快速迭代升級，傳輸速率也不斷提升。采用更強大的處理芯片意味著更大的功耗和更嚴格的功率要求，這使得本來就很緊湊的光模塊設計變得更加困難。MPS 提供種類豐富且集成了電感和關鍵組件的電源模塊產品，憑借著高集成度、小尺寸和高功率密度等優勢，可顯著緩解電源設計挑戰并實現快速產品開發（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構。MPS品種齊全的電源產品可以為性能優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系列器件簡介

MPM38x4C系列包括三款電源模塊（MPM3814C、MPM3824C和MPM3834C），是目前業內超小尺寸的小電流電源模塊產品。其中，MPM3814C 提供高達 1A 的連續輸出電流(I_OUT)，MPM3824C 提供 2A 連續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。其精心設計的內部結構還可實現出色的 EMC 性能（見圖 5）。

圖5: MPM38x4C系列模塊引腳示意圖

MPM38x4C 系列只需4個外部組件，包括一個輸入電容、一個輸出電容和兩個分壓電阻。當EN引腳接收到前級使能信號時，模塊會立即輸出功率。設計人員可以根據數據手冊中提供的電源軌電壓要求計算分壓器電阻，從而完成電源設計。這極大地簡化了整體設計流程和電源設計。MPS還優化了MPM38x4C系列的引腳布局，設計人員可以根據手冊中提供的布局示例對電路板進行布局，極大地減少工作量（見圖6）。

圖6: MPM38x4C系列建議布局示例

MPM38x4C系列器件的關鍵參數描述如下： 

●  結構緊湊，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 開關頻率(f_SW)

●  最大 1A/2A/3A 連續 I_OUT

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

●  即使在輕載條件下，強制連續導通模式 (FCCM) 也能實現最小輸出紋波

●  通過PG 和 EN 引腳可輕松實現上電時序控制

圖7所示為MPM3814C的典型應用電路。

圖7: MPM3814C典型應用電路

MPM38x4C 系列器件以超小尺寸實現了出色的電壓轉換效率。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 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簡介

MPM3864是 MPS 提供的另一款電源模塊產品，其性能非常出色。該模塊可實現高達 6A 的連續 I_OUT 能力，并具有緊湊的占板面積 (3mmx3mm)，是業內同類產品中尺寸超小的產品。其電路板布局極為簡潔，只需要很少的外圍元件即可完成設計。

圖14: MPM3864建議布局示例

MPM3864提供內置電感和多個關鍵器件，采用恒定導通時間（COT）控制，工作頻率為1.2MHz，同時具有出色的動態調節能力。其關鍵參數說明如下：

●  結構緊湊，占板面積僅3mmx3mm

●  V_OUT 可低至 0.6V

●  最大 6A 連續 I_OUT

●  2.75V 至 7V 的寬 V_IN 范圍

●  完善的保護功能，包括SCP、OCP、輸出欠壓保護（UVP）和OTP

●  通過外部可配置軟啟動引腳，用戶可設置所需的啟動速度

●  即使在輕載條件下，FCCM也可實現最小輸出紋波

●  通過PG 和 EN 引腳可輕松實現上電時序控制

圖15所示為MPM3864的典型應用電路。

圖15: MPM3864典型應用電路

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 22μF MLCC 輸出電容，無論負載電流為 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穩態紋波以及動態紋波都有嚴格的要求。MPM3864采用COT控制，可提供出色的動態響應能力。在 2.5A/μs 的負載跳變速度下，總動態紋波峰峰值可保持在 20mV 以下。

圖18: MPM3864負載瞬態波形

結語

隨著數據流量需求的激增和傳輸速率的不斷提高，對光模塊的功率要求也更加嚴格，設計人員面臨極大挑戰。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，能夠實現出色的EMC性能、電壓轉換效率和最小輸出電壓紋波。