MTM006 Ultra-Small and High Efficiency Power Module  for Optical Communications

超小型高效率光通訊用電源模組

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摘要

隨著全球資料中心和資訊互聯規模的不斷擴大，純電子方式的資訊運算與傳輸已無法滿足日益增長的需求，光電資訊技術作為冉冉升起的新星得到越來越廣泛的應用。光電技術的快速發展，對其核心器件光模組提出了嚴格的要求。本文深入探討了M3TEK的一款超小型、超高效率電源模組在現代光通信模組中的關鍵應用特徵，分析了其在封裝，效率，熱管理，動態回應等方面的技術優勢，並展望了未來的發展趨勢。

光模組中電源應用要求

光模組中的電源系統主要負責為光模組中的各種器件提供穩定的供電，其中Load Switch， DC-DC轉換器和LDO是電源系統中的重要組成部分，他們各自承擔著不同的功能。Load Switch負責控制電源對負載（例如光模組中的雷射器、光電二極體等）的供電及保護；DC-DC轉換器具有效率高的優點，負責將輸入電壓轉換為系統所需的不同電壓；LDO因其具有壓降小雜訊低的特點，可以為高精度高靈敏度的系統提供電源。

光模組對電源系統提出了嚴苛的要求，主要表現在以下幾個方面：

1. 模組高度：最好小於1.1mm；目前1.6mm也可以接受，但需要放在雙層PCB的上層，或者機構件開窗；
2. 效率：高於92%的轉換效率，同時具有輕載高效模式以適應光模組靜態功耗需求；
3. 發熱量：越小越好。電源系統的發熱會導致光模組內部溫度上升。光模組的工作溫度是一項非常重要的監控指標。光器件波長和功率強烈依賴於溫度，超標的溫度的波動會導致通訊出現異常；
4. 動態回應：高載模式負載瞬態回應要及時, 並且動態回應紋波應足夠小，以保證輸出電壓的穩定。

MTM006電源模組的核心特徵

基於上述光模組電源系統的要求，M3TEK研發了一款超小型、高效率的降壓轉換器模組MTM006。MTM006集成了高性能降壓轉換器和功率電感，支持最大3A的連續輸出電流。其工作輸入電壓為 2.5V 至 5.5V，輸出電壓範圍可以從最低0.6V到最高與輸入相同的電壓。MTM006專有的Fast-PWM 控制方案簡化了環路補償並提供出色的負載瞬態回應。其控制環路中的高增益誤差放大器保證了輸出電壓的高精准度，不受負載和輸入電壓影響。MTM006N 的靜態電流僅為 20µA，在輕載時處於PFM工作模式，因此可實現很高的輕載效率。MTM006A工作在恒定的FPWM 模式，可提供最優的瞬態回應和最低輸出紋波。MTM006還具有過流、過壓、短路、熱關斷等保護模式，封裝形式為QFN2.5x3.5mm_18L，是光模組高性能電源配置的理想之選。

1. 超小型封裝

MTM006採用QFN2.5x3.5mm_18L 封裝，內置降壓轉換IC和功率電感。與傳統分立電感降壓轉換器相比，MTM006只需要一個輸入電容，一個輸出電容和輸出的分壓電阻，便可實現完整的小面積電源解決方案。如圖1為MTM006封裝圖。

圖1 MTM006封裝圖

圖2a MTM006應用電路圖

2. 高效率

MTM006為同步降壓轉換模組，內置上管Ron為24mohm, 下管Ron為16mohm ,電感DC阻抗為37mohm。緊湊密集的PCB佈局，減小了PCB板走線損耗，先進的封裝技術改善了熱阻，因此MTM006實現了高達96%的轉換效率。

MTM006有兩款不同型號，PFM模式的MTM006N 和FPWM 模式的MTM006A。其中MTM006N靜態電流僅為20uA，在輕載時工作在變頻模式（PFM），可以保持出色的轉換效率。