单片Buck变换器的设计挑战

摩尔定律自1965年首次出现以来，一直被证明是有远见和有效的。晶片制造工艺线宽不断减小，使数字集成电路电压降低。较小的几何过程允许在最终产品中更多地集成更多的耗能特性.例如，现代计算机服务器和光通信路由系统需要更高的带宽来处理更多的计算数据和互联网流量；这些系统也会产生大量的热量，因此需要高效的集成电路。汽车有更多的车载电子娱乐，导航，自动驾驶功能，甚至发动机控制.因此，系统的电流消耗和相关的总功率需求都在增加。因此，最先进的封装和创新的，内部电源阶段的设计，是需要把热量从电源IC，同时提供前所未有的动力。

高电源抑制比(PSRR)和低输出电压噪声或纹波是重要的考虑因素。一种电源抑制率高的装置，可以过滤和抑制输入端的噪声，从而使输出保持清洁和稳定。此外，具有宽带宽或低输出纹波的低输出电压噪声的电源解决方案是可取的-现代数字系统有几个轨道，其中噪声敏感性是一个主要的设计考虑因素。随着对高端FPGA速度要求的提高，为了减小误码率，提供的噪声容限降低。噪声引起的数字故障大大降低了这些高速PLD的有效数据吞吐量速度.高电流输入噪声是对电源提出的更严格的要求之一。

较高的收发信机速度--例如，在FPGA中--由于精细几何电路开关的高功耗，决定了高电流电平。这些集成电路速度很快。它们可能会在几十到数百纳秒内将负载电流从近零循环到几个安培，这就需要一个具有超快瞬态响应的调节器。

随着为功率调节器预留的板面积不断减少，许多系统设计者转向在快速开关频率下工作的单片开关管理器，以减少外部组件的大小和总解决方案的大小--接受在较高频率上的开关损耗所造成的一些效率损失的权衡。这种权衡被新一代的单片开关调节器所消除。这些新的调节器具有同步操作与集成的高侧和低侧开关，允许严格控制开关栅极电压，大大减少死区时间，并导致更高的效率，即使在高频。

大电流单片开关最大的挑战之一是它们的散热能力，这是由集成电路中的功率损耗引起的。这一挑战可以通过使用多个电源和接地引脚，加上带有铜柱的热增强层压板封装来满足，在这些封装中，热可以很容易地从IC传递到板上。板上的大型铜板连接在这些电源销上，使得热量分布更加均匀。