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

超小型、高效率电源模块助力光模组

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摘要

随着全球数据中心和信息互联规模的不断扩大，纯电子方式的信息运算与传输已无法满足日益增长的需求，光电信息技术作为冉冉升起的新星得到越来越广泛的应用。光电技术的快速发展，对其核心器件光模块提出了严格的要求。本文深入探讨了M3TEK的一款超小型、超高效率电源模块在现代光通信模组中的关键应用特征，分析了其在封装，效率，热管理，动态响应等方面的技术优势，并展望了未来的发展趋势。

光模块中电源应用要求

光模块中的电源系统主要负责为光模块中的各种器件提供稳定的供电，其中Load Switch， DC-DC转换器和LDO是电源系统中的重要组成部分，他们各自承担着不同的功能。Load Switch负责控制电源对负载（例如光模块中的激光器、光电二极管等）的供电及保护；DC-DC转换器具有效率高的优点，负责将输入电压转换为系统所需的不同电压；LDO因其具有压降小噪声低的特点，可以为高精度高灵敏度的系统提供电源。

光模块对电源系统提出了严苛的要求，主要表现在以下几个方面：

1. 模块高度：最好小于1.1mm；目前1.6mm也可以接受，但需要放在双层PCB的上层，或者机构件开窗；
2. 效率：高于92%的转换效率，同时具有轻载高效模式以适应光模组静态功耗需求；
3. 发热量：越小越好。电源系统的发热会导致光模块内部温度上升。光模块的工作温度是一项非常重要的监控指标。光器件波长和功率强烈依赖于温度，超标的温度的波动会导致通讯出现异常；
4. 动态响应：突发模式负载瞬态响应要及时, 并且动态响应纹波应足够小，以保证输出电压的稳定。

MTM006电源模块的核心特征

基于上述光模块电源系统的要求，M3TEK研发了一款超小型、高效率的降压转换器模块MTM006。MTM006集成了高性能降压转换器和功率电感，支持最大3A的连续输出电流。其工作输入电压为 2.5V 至 5.5V，输出电压范围可以从最低0.6V到最高与输入相同的电压。MTM006专有的Fast-PWM 控制方案简化了环路补偿并提供出色的负载瞬态响应。其控制环路中的高增益误差放大器保证了输出电压的高精准度，不受负载和输入电压影响。MTM006N 的静态电流仅为 20µA，在轻载时处于PFM工作模式，因此可实现很高的轻载效率。MTM006A工作在恒定的FPWM 模式，可提供最优的瞬态响应和最低输出纹波。MTM006还具有过流、过压、短路、热关断等保护模式，封装形式为QFN2.5x3.5mm_18L，是光模组高性能电源方案的理想之选。

1. 超小型封装

MTM006采用QFN2.5x3.5mm_18L 封装，内置降压转换IC和功率电感。与传统分立电感降压转换器相比，MTM006只需要一个输入电容，一个输出电容和输出的分压电阻，便可实现完整的小面积电源解决方案。如图1为MTM006封装图。

圖1 MTM006封装图

图2a MTM006应用电路图

2. 高效率

MTM006为同步降压转换模块，内置上管Ron为24mohm, 下管Ron为16mohm ,电感DC阻抗为37mohm。紧凑密集的PCB布局，减小了PCB板走线损耗，先进的封装技术改善了热阻，因此MTM006实现了高达96%的转换效率。

MTM006有两款不同型号，PFM模式的MTM006N 和FPWM 模式的MTM006A。其中MTM006N静态电流仅为20uA，在轻载时工作在变频模式（PFM），可以保持出色的转换效率。