在系統單晶片（SoC）應用中，整合電源管理晶片（PMIC）供電的電源配置需滿足多項嚴苛的性能指標：不僅要滿足大輸出電流，還需要實現負載瞬態響應速度快、波動小，同時兼具低電磁相容（EMC）干擾特性、低溫升、休眠模式下低功耗等特性。
ADI推出採用整合式FET的單晶片開關穩壓器，可支援大輸出電流，同時實現低功耗與低散熱。此外，其並能滿足SoC應用所需的其他關鍵性能要求。而全整合式單晶片IC解決方案可顯著縮減PCB佔用面積，為設備小型化設計提供助力。
如今汽車電子系統普遍採用電子控制單元（ECU）對機械子系統進行電氣化控制和管理。每個ECU各司其職，用於執行特定功能；而現代汽車搭載了大量ECU，以覆蓋多樣化的控制需求。隨著功能整合不斷深入，多個ECU功能逐步合而為一，對承擔集中控制任務的系統單晶片（SoC）元件提出了更高的處理性能要求。由此，系統所需的供電電流也急劇攀升。
如圖一所示，SoC由整合電源管理晶片（PMIC）生成多路不同電壓，為CPU和記憶體等內部功能模組供電。PMIC本身通常採用3.3V電源供電。在汽車電子系統中，主電源一般為鉛酸蓄電池，標稱供電電壓約12V～14V。
為PMIC提供3.3V電源的通路由一級電源IC產生，需要輸出10A以上負載電流。由於PMIC的允許輸入電壓範圍較窄，一級電源IC的輸出電壓必須保持高精度，同時對漣波與負載擾動引起的電壓波動進行嚴格控制。
SoC結構示意圖
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SoC電源關鍵要求
當負載電流需求超過10A時，通常採用控制器IC驅動外部FET的方案。為承載大電流並因應隨之而來的散熱問題，控制器IC搭配外部開關FET的分立架構更具優勢。
一般而言，整合FET的單晶片IC難以勝任此類大電流、高熱應力應用場景。而LT8648S作為一款單晶片IC，可滿足SoC應用的大電流需求，目前也已應用於汽車電子ECU，用於SoC內部PMIC的供電電源。
圖二顯示控制器IC與單晶片IC評估板的PCB佈局。相較於需要外接FET的控制器IC，內建FET的單晶片IC可大幅縮減PCB佔用面積。
控制器IC和單晶片IC的PCB佈局
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隨著SoC性能日新月異，供電電流需求也水漲船高。LT8648S已成功實現量產，並作為PMIC供電電源廣泛應用於汽車電子系統；但負載電流進一步提升後，對散熱能力提出了更高要求。
為此，ADI推出LT8648SP元件以滿足此一需求。如圖三a所示，傳統IC封裝採用樹脂封裝矽晶片，熱量主要透過底部裸露焊墊傳導至PCB進行散熱。相較之下，LT8648SP在封裝頂部處露出了矽晶片，如圖三b所示。可直接在裸露晶片上加裝散熱片，實現高效散熱。
如圖四所示，無散熱片時，LT8648SP與LT8648S散熱性能旗鼓相當；加裝散熱片後，LT8648SP的溫升不足LT8648S的一半。憑藉此方面的性能提升，LT8648SP可承載高得多的負載電流。
（a） LT8648S表面；（b） LT8648SP表面
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LT8648S和LT8648SP的溫升對比。
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如前所述，SoC對負載電流的需求極高。隨著負載電流不斷增大，電磁相容性（EMC）設計難度也隨之加大，需額外增加濾波電路與週邊元件，導致系統複雜度節節攀升。直接與蓄電池相連的主電源IC，在ECU內部對電磁相容的影響尤為突出，必須具備優異的輻射發射（RE）與傳導發射（CE）性能。LT8648S/LT8648SP搭載ADI的專利Silent Switcher 2架構。
如圖五所示，Silent Switcher技術透過對稱佈置輸入電容來降低電磁輻射，將電磁場約束在IC周邊區域，大幅提升了EMC性能。Silent Switcher 2技術進一步優化EMC表現，將輸入電容整合至封裝內部、緊鄰矽裸片佈局，如圖六所示。因此，LT8648S/LT8648SP可完全滿足汽車電子EMC標準CISPR 25 5級要求，實測結果如圖七所示。
Silent Switcher結構
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Silent Switcher 2 LT8609S內部
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LT8648S輻射電磁相容性能曲線
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輕載和重載之間的負載瞬態響應
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車輛行駛過程中，SoC的處理負載會瞬息萬變、大幅波動。由於SoC的輸入電流需求也會隨之變化，電源IC必須具備優異的負載瞬態響應性能。如圖八所示，即便遭遇大幅度負載電流跳變，LT8648S/LT8648SP也能快速恢復至設定輸出電壓，電壓過沖與下沖幅度極小。這種特性對於為SoC供電的PMIC非常重要，因為後者允許的輸入電壓範圍很窄。
車輛熄火待機時，低靜態電流就成為關鍵指標。待機休眠模式下，SoC會週期性喚醒以執行檢測任務，隨後再次進入休眠，這種工作模式稱為週期性喚醒。在此模式下，LT8648S/LT8648SP必須以極低功耗供電。ADI專利的Burst Mode工作模式，可大幅降低輕載工況下的功耗。
圖九為Burst Mode與強制連續模式的開關波形及電感電流對比。Burst Mode不採用固定頻率開關，僅在輸出電壓低於設定閾值時才開啟開關，以此減少開關動作，在輕載條件下保持高效率。系統休眠時，可將同步接腳（SYNC）拉低，開啟Burst Mode；正常工作時則將同步接腳拉高，啟用強制連續模式。工作模式可在設備運行中無縫切換，且不會對輸出電壓造成擾動。
強制連續模式和 Burst Mode的開關波形
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隨著SoC性能持續反覆運算，負載電流需求預計還會進一步增大。如圖十所示，兩個LT8648S/LT8648SP元件可透過連接輸入和輸出來實現並聯，進而提升可承載的負載電流。
兩片LT8648S並聯
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如圖十一所示，即便負載電流超過30A，輸出電壓偏差仍維持在極小水準。元件工作時可自動實現開關相位交錯運作，避免並聯工作狀態下EMC性能出現劣化。
雙晶片並聯工作時的LT8648S負載調整
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結論
LT8648S/LT8648SP屬於內建FET的單晶片電源晶片，不僅可支援大輸出電流，還能在寬廣輸入電壓範圍與寬廣溫度範圍內，提供高精度、高穩定性的輸出電壓。同時，它們具備低EMC與低靜態電流特性，兩項性能均為汽車電子應用的必備要求。因此，它們非常適用於追求小體積且需要大電流承載能力的ECU。
（本文作者Kazutaka Saito為ADI現場應用工程師）
