隨著對移動計算和手持設備的需求日益增長，係統設計從分立器件轉向高度集成的係統級芯片（SoC），tongshihouduanfuwuqixuyaogengkuaidejisuanchulinengli
，yimanzubuduanzengchangdeshujuchulixuqiu。qizhongdeyigequshishikaifahuanbaoqieshiyongshouminggengchangdedianchi。zhejiuyaoqiugengfuzadedianyuanguanlifangan，wenyaqizaiqizhongbanyanleguanjianjiaose，yinciruhefangzhiwenyaqiduiyutigaoxingnengzhiguanzhongyao。

 

圖 1 是一個典型的穩壓器。“電源設備（Power Supply Unit）”是穩壓器的電源。服務器、台式機和筆記本電腦的電源通常是 12V

，移動設備的電源是 3.3V。1.0V 穩壓器通常用於核心數字電路的供電
，而 IO 通常為 1.8V。“柵極驅動器”的占空比決定了開關穩壓器的輸出電壓。低通 LC 濾波器的采用是為了消除輸出電壓軌上的紋波。為了給敏感的模擬電路供電，使用單獨的 LDO。

圖 1：典型的穩壓器。

 

將穩壓器置於裸片上是因為下麵的幾個好處：

 

•    更精細、更快速的電源管理：片上穩壓器可以更好地控製關閉未使用的電路從而節省功耗。對於片外穩壓器，從睡眠狀態喚醒所需的時間是微秒(μs)級，而片上穩壓器則是納秒(ns)級。這有助於提供更嚴格的功耗控製，對掌上設備而言就是延長了電池的使用壽命，對服務器則是降低了散熱成本。

 

•    降低 I2R 功耗：一個典型的服務器處理器在滿負荷時的功率是 65W。如果電壓為 1V
，就需要傳送 65A 電流
，這麼大的電流需要較寬的走線以保證低 I2R 損耗。若在 2V 電壓下提供相同的功率
，電流減小到一半（32.5A），在 I2R 損耗相同的情況下走線寬度變小。I2R 損耗的減小也可以減小板尺寸。

 

•    節省 PCB 麵積：PCB 的可用麵積非常寶貴，減小 PCB 麵積就可以縮小外形尺寸。通過將穩壓器放置在裸片上，可以去除與之相關的元件

，從而節省 PCB 麵積並減少 BOM。

 

既然片上穩壓器有這些好處，為什麼有些設計仍然傾向於片外穩壓器呢?為了回答這個問題，我們先來討論穩壓器的構建模塊以及使用片上穩壓器或片外穩壓器的利弊權衡。

 

•    電源傳送電路（Power Train）：電源傳送電路為穩壓器提供了兩條傳導路徑
，一條是從 VIN 到濾波器，另一條是從濾波器到地。在所有的穩壓器中，VIN 到濾波器的路徑都是 PFET 或 NFET 開關。另一方麵
，從濾波器到地的路徑要麼是二極管要麼是 NFET。在這兩條路徑上使用 FET 可以得到更好的電壓調節性能。第一個權衡是 FET 上的額定電壓。片外 FET 有幾種類型並且可以支持超過 400V 的電壓。相比之下
，片上 FET 由於采用典型的 CMOS 工藝，最多可以支持 3.3V 電壓，而對於處理器，最多隻能支持 2V 電壓。

 

•    另一個權衡是電源傳送電路的功耗。片外 FET 有額外的空間來散熱
，但片上 FET 沒mei有you，這zhe就jiu增zeng加jia了le整zheng個ge裸luo片pian溫wen度du
，需xu要yao額e外wai的de散san熱re管guan理li設she計ji。電dian源yuan傳chuan送song電dian路lu置zhi於yu裸luo片pian上shang可ke以yi提ti供gong高gao達da幾ji百bai兆zhao赫he的de開kai關guan頻pin率lv，從cong而er減jian小xiao濾lv波bo器qi尺chi寸cun。另ling外wai電dian源yuan傳chuan送song電dian路lu在zai裸luo片pian上shang也ye會hui使shi電dian源yuan引yin腳jiao的de數shu量liang增zeng加jia一yi倍bei，因yin為wei需xu要yao額e外wai的de引yin腳jiao將jiang電dian源yuan傳chuan送song電dian路lu的de輸shu出chu連lian接jie到dao濾lv波bo器qi。

 

•    電感：電dian感gan與yu電dian容rong一yi起qi形xing成cheng低di通tong濾lv波bo器qi
，用yong來lai抑yi製zhi輸shu出chu端duan的de紋wen波bo電dian壓ya。穩wen壓ya器qi所suo需xu的de電dian感gan通tong常chang較jiao大da，因yin此ci電dian感gan不bu能neng置zhi於yu裸luo片pian上shang。片pian外wai穩wen壓ya器qi使shi用yong現xian成cheng的de SMD 電感。片上穩壓器因為允許更高的開關頻率，有利於減小所需電感的尺寸而達到同樣的效率
，並可通過 PCB 走線來實現。這樣做能減少 PCB 上的元器件數量，但代價是增加了直流電阻，從而增加損耗。

 

•    電容器：dianrongqiyonglaijianshaowenyaqishuchuduandewenbo。duiyupianwaiwenyaqi，youyukaiguanpinlvjiaodi


，xuyaojiaodadedianrongqilaiyizhiwenbo。caiyongdaigaopinkaiguandepianshangwenyaqi，keyishibanshangdianrongqibianxiao，shenzhikeyichuqudianrongqi。raner，zhezailuopianshanghaishizhanjulexiangdangdademianji，bingqiebiqipianwaidianrongqi
，qi ESR（等效串聯電阻）通常更高。

 

•    控製器：電壓調節回路控製器對穩壓器的放置幾乎沒什麼影響。對於片外穩壓器，控製器使用一個單獨的芯片；而er對dui於yu片pian上shang穩wen壓ya器qi，控kong製zhi器qi是shi裸luo片pian上shang控kong製zhi回hui路lu的de一yi部bu分fen。片pian上shang控kong製zhi器qi的de優you點dian是shi可ke以yi更geng好hao地di控kong製zhi調tiao壓ya回hui路lu，而er且qie控kong製zhi器qi可ke在zai數shu字zi領ling域yu內nei實shi現xian，因yin而er在zai技ji術shu變bian化hua時shi可ke重zhong複fu使shi用yong。

 

最(zui)後(hou)，穩(wen)壓(ya)器(qi)是(shi)放(fang)置(zhi)在(zai)片(pian)上(shang)還(hai)是(shi)片(pian)外(wai)，還(hai)是(shi)要(yao)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)來(lai)決(jue)定(ding)。當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)小(xiao)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)高(gao)
，容(rong)許(xu)較(jiao)慢(man)的(de)喚(huan)醒(xing)和(he)睡(shui)眠(mian)，或(huo)者(zhe)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)粒(li)度(du)不(bu)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)時(shi)
，片(pian)外(wai)穩(wen)壓(ya)器(qi)是(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。基(ji)於(yu)這(zhe)些(xie)原(yuan)因(yin)
，LED 燈(deng)通(tong)常(chang)用(yong)片(pian)外(wai)穩(wen)壓(ya)器(qi)供(gong)電(dian)。相(xiang)反(fan)
，如(ru)果(guo)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)大(da)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)低(di)
，有(you)效(xiao)操(cao)作(zuo)需(xu)要(yao)快(kuai)速(su)喚(huan)醒(xing)或(huo)更(geng)細(xi)的(de)粒(li)度(du)，則(ze)片(pian)上(shang)穩(wen)壓(ya)器(qi)是(shi)更(geng)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。典(dian)型(xing)的(de)桌(zhuo)麵(mian) / 服務器處理器就是使用片上穩壓器幫助改善電源管理的一個例子。