Monolithic Power Systems, Inc. · NASDAQ:MPWR
Monolithic Power Systems — Technical Presentation (May 2022)
32 slides from Monolithic Power Systems's technical presentation, May 2022
Slide 1: MPSの電源モジュールがいかに電源設計の課題を解決するか
MPSの電源モジュールが いかに電源設計の課題を解決するか 蜷川顕二 シニアFAE MPSジャパン 2022年5月 rev 20180504
Slide 2: 本日のトピック
本日のトピック • 電源ソリューションにおける新たな課題 • MPSの電源モジュールの特長 • MPSの電源モジュールを使用した場合解決できる課題 o 使い勝手の良さ、より短期の開発サイクル o スペースの節約と電力密度の向上 o 高効率で低ノイズのソリューション o MPSの電源モジュールで高速過渡応答を簡単に実現 o 電源設計をより簡単にするツールとリソース
Slide 3: 蜷川顕二 – シニアFAE
蜷川顕二 – シニアFAE 2018年–現在 • MPSにてシニアFAEとしてパワーマネジメント製品を担当 2006–2018年 • テキサスインスツルメンツにて、フィールドアプリケー ションエンジニアの業務に従事 1998–2006年 • 岩崎通信機にて、通信主装置向け電源を設計
Slide 4: 電源ソリューションの新たな課題
電源ソリューションの新たな課題 短期での収益化 複雑な コンパクトな設計と マルチレールシステム より高い電力密度 低ノイズ要求
Slide 5: ディスクリートの電源ソリューションは開発に18週以上必要
ディスクリートの電源ソリューションは開発に18週以上必要 ディスクリート部品を使用した 代表的な電源開発サイクル 2～12週 1～3週 1～3週 設計反復 (Design Iteration: DI) 部品の選定と 回路図起こし 基板製作と 業界標準 購買 とレイアウト 組み立て Shorten the power supply 0 10日 prototype development 18週 time by as much as 95% 製品開発期間 • 受動部品の選択 • 複雑な回路図と を最適化 配置設計 • 補正ネットワー • レイアウトミスや クの最適化 潜在的な遅延の 可能性
Slide 6: 電源モジュールで市場投入期間を短縮
電源モジュールで市場投入期間を短縮 Components Schematic 代表的な製品開発サイクル Selection and and Product Procurement Redesign 2～12週 1～3週 1～3週 設計反復 部品の選定と 回路図起こし 基板製作と 業界標準 購買 とレイアウト 組み立て 6ヶ月 1週 1週 1～3週 電源設計に関わる時間を 基板製作と 70%削減 組み立て 電源モジュール 0 5週 18週 製品開発期間 • 電源モジュールは • シンプルなレイアウト 統合型ドロップイン と回路図 ソリューションを提供 • 外部部品を最少化 • 性能は最適化済み
Slide 7: コンパクトな設計に求められるタイトなスペースの制約
コンパクトな設計に求められるタイトなスペースの制約 高密度な基板設計 電源ソリューションが 貴重な基板スペースの データセンター用アクセラレーションカード 大きな部分を占有
Slide 8: より小さなサイズ向けのMPSのモジュールソリューション
より小さなサイズ向けのMPSのモジュールソリューション 1. モノリシックな電源ICでシリコン面積を削減 2. フリップチップ・パッケージで面積削減 3. インダクタサイズを小さくするためにスイッチング周波数を増大 4. 電力密度を増大させるための3Dパッケージング
Slide 9: MPSの電源モジュール
MPSの電源モジュール カスタマイズ可能な ソフトサチュレーションインダクタ 広い温度幅の受動素子 Mesh ConnectTM パッケージング技術 モノリシック電源IC
Slide 10: モノリシック電源がシリコン面積を削減
モノリシック電源がシリコン面積を削減 Vin Vout 降圧コンバータ ❑ 従来の設計 ❑ MPSのモノリシック・ソリューション 1つのダイにモノリシックにハイサイドFET、 個別のハイサイドFET、ローサイド ローサイドFET、コントローラを実装し、 FET、コントローラが存在するため、 モジュールサイズを小型化 モジュールサイズに制限
Slide 11: フリップチップ・パッケージで面積削減
フリップチップ・パッケージで面積削減 ❑ 従来の設計 - ワイヤボンド ❑ MPSのフリップチップ・ソリューション ダイ リードフレーム 銅のピラーで ボンドワイヤ接続で面積が増大 ダイとリードフレームを直接接続
Slide 12: インダクタサイズを小さくするためにスイッチング周波数を増大
インダクタサイズを小さくするためにスイッチング周波数を増大 寄生インダクタンスを削減したモノリシックなダイとフリップチップによって、 インダクタのサイズをより小さくする高周波数での動作を実現 ❑ 従来の設計 ❑ MPSの高周波数ソリューション 24V -> 5V / 3A、3.3V / 3A 24V -> 5V / 3A、3.3V / 3A 300kHzで動作 800kHz～2MHzで動作 総面積: 510mm2 総面積: 225mm2
Slide 13: MPM54304 補助レール用のコンパクトなレイアウト
MPM54304 補助レール用のコンパクトなレイアウト ディスクリートの場合 ~500mm2 #1 PMICの場合 ~350mm2 #2 IC L L L IC L IC FPGA FPGA IC L L L IC L MPM54304の場合 ~120mm2 ~120mm ^2 MPM54304 FPGA
Slide 14: MPM3695-100 vs. ディスクリートのコアレール
MPM3695-100 vs. ディスクリートのコアレール ディスクリートの場合 ~2000mm^2 42% MPM3695-100の場合 ~1400mm^2 削減 2000mm^2 1400mm^2 IC L L MPM3695-100 IC IC L 200A 200A IC L FPGA FPGA MPM3695-100 IC L IC L IC L IC L MPM3695-100 • 入力電圧: 4～16V • 100A出力 • 並列使用で800A
Slide 15: 25W QSFP-DD/DD800のためのソリューション – MPM54313
スペース削減ソリューション例: 25W QSFP-DD/DD800のためのソリューション – MPM54313 • 3段階のソリューション: 1µH 3.2x2.5mm • 降圧 + ロードスイッチ + LCフィルタ Load 1µH Inductor 5.4x5.7mm 1µH 3.2x2.5mm Switch 10A POL 0.68µH Inductor • システム全体の効率: ~91% 3x4mm 7x7mm • 大きなソリューションサイズ: 405mm2 (9 x 45mm) 10A ロード 12V-3.3V、10A降圧コンバータ スイッチ • BOM部品: 42個以上 LCフィル
Slide 16: 複雑なシステム設計
複雑なシステム設計 高性能コンピューティング用の複雑な電源レール 起動時およびシャットダウン時の シーケンシングが必要
Slide 17: MPM54304 コンパクトなレイアウト
MPM54304 コンパクトなレイアウト MPM54304 • 4～16V入力電圧 • 4チャネル (3A、3A、2A、2A)
Slide 18: MPM54304 概要
MPM54304 概要 VIN GND VOUT3 VOUT4 2A 2A 機能 主な利点 • 入力幅: 4V-16V • 小さなソリューションサイズ MPM54304 • 出力幅: 0.55-5.5V、10mVス • 柔軟なコンフィギュレーション 7x7x2mm テップ • レイアウトが簡単 • 出力電流: 3A / 3A / 2A / 2A VOUT2 VOUT1 • シーケンシングと電力管理 3A 3A • レールは組み合わせ可能 • 調整可能なパワーOn / Off 3A 6A シーケンス アプリケーション 3A • パワーグッドとイネーブル 2A 4A • 総許容損失: 2.75W
Slide 19: MPM54304 概要
25V/10uF~22uFクラスのセラコン MPM54304 概要 が1つで足りる可能性大 VIN GND VOUT3 VOUT4 2A 2A 機能 主な利点 ⚫ パワーOFFシーケンスも組める ⚫ シーケンスは1ms間隔、4ポイントの • 入力幅: 4V-16V 中から指定可能 • 小さなソリューションサイズ MPM54304 • 出力幅: 0.55-5.5V、10mVス • 柔軟なコンフィギュレーション 7x7x2mm テップ • レイアウトが簡単 • 出力電流: 3A / 3A / 2A / 2A VOUT2 VOUT1 • シーケンシングと電力管理 3A 3A • レールは組み合わせ可
Slide 20: EMI削減のためのMPSモジュールソリューション
EMI削減のためのMPSモジュールソリューション 1. クリティカルループ (ホットループ) における ノイズをキャンセルするためにデュアルサイド 入力コンデンサを搭載 2. EMI軽減のためSW領域を削減 3. 周波数スペクトラム拡散と調整可能なdv/dt
Slide 21: MPSのノイズキャンセリング・コンデンサ
クリティカルループ (ホットループ) におけるノイズをキャンセルするために デュアルサイド入力コンデンサを搭載 ❑ 降圧におけるクリティカル ❑ MPSのノイズキャンセリング・コンデンサ ループ (ホットループ) MPM3596の内側 MPM3596: 45V、3A ハイサイドFET、ローサイドFET、 クリティカルループ (ホットループ) 内 入力コンデンサの電流脈動によって、 で生成された磁界は クリティカルループ (ホットループ) から 両側からの相反する電流方向によって 強いノイズが発生 キャンセルされる
Slide 22: EMI軽減のためSW領域を削減
EMI軽減のためSW領域を削減 ❑ SW領域を削減 ❑ 降圧におけるクリティカル ループ (ホットループ) MPM3596の内部 MPM3596: 45V、3A L1 L2 ハイサイドFET、ローサイドFET、 EMIエミッションを低減するため、 および入力コンデンサにおける脈動 スイッチングノード領域を制限 電流によって、 クリティカルループ (ホットループ) から強いノイズが発生
Slide 23: 周波数スペクトラム拡散と調整可能なdv/dt
周波数スペクトラム拡散と調整可能なdv/dt ❑ 従来のスイッチング ❑ 周波数スペクトラム付きの MPSソリューション マージン小 マージン大 1) 周波数スペクトラム拡散: 単一の周波数ポイントの代わりに、周波数範囲の中 でスイッチ可能; 範囲は固定値内で調整可能 2) EMIの要件に併せて、dv/dtも調整可能
Slide 24: MPSの高効率かつ低ノイズなモジュールソリューション
MPSの高効率かつ低ノイズなモジュールソリューション
Slide 25: 低ノイズなモジュールソリューション
低ノイズなモジュールソリューション https://www.monolithicpower.com/jp/ultra-low-noise- solution-for-xilinx-zynq-ultrascale-rfsocs/ • MPSソリューション – EVREF0102 MPM3833C 6V / 3A 受動 フィルタ o 超低ノイズ - <1mVリップル 電源モジュール o 高効率 MPM3833C 受動 o 高速過渡電流 6V / 3A 電源モジュール フィルタ 評価ボード提供可能 MPM3833C 受動 6V / 3A フィルタ 電源モジュール MPM3833C 受動 6V / 3
Slide 26: 低ノイズ性能に関する結果
低ノイズ性能に関する結果 ノイズ比較 効率比較 内蔵PLL付きの位相ノイズ 60%+ 向上 1 10 100 1000 10000 100000 Freq (kHz) XILINX LDO Board MPS Board 外部PLL付きの位相ノイズ 1 10 100 1000 10000 100000 Freq (kHz) Xilinx LDO Board MPS Xilinx lab on RFにてテスト実施 12ビット 2GSPS ADCと14ビット 6.4GSPS DACs
Slide 27: 複雑で高電流システム用のMPSモジュールソリューション
複雑で高電流システム用のMPSモジュールソリューション シーケンシング内蔵、統合型マルチ出力モジュール 800A出力電流のスケーラブルなモジュール COT制御
Slide 28: 例: Xilinx Spartan-7 電源ソリューション
マルチ出力電源モジュールを使用した複雑なシステムとは 例: Xilinx Sparton-7 電源ソリューション 調整可能な起動時および EN シャットダウン時シーケンスを搭載 MPM54304 起動時シーケンス 1.0V@ 2.5A 1 MP1651 Buck1 VCCINT Vin 12V EN 1.8V@ 2A Vin 2 VCCAUX Buck2 2.5V@ 1A Spartan-7 I2CMP2329 3 I2C Buck3 VCCIO EN 3.3V@ 1A EN 4 Flash, SRAM, EEPROM Buck4 シャットダウン時シーケンス 11 x 11mm マルチ出力電源
Slide 29: 過渡電流性能
過渡電流性能 電流 (A) ステップ サイズ スルー レート 電圧 (V) ピークツーピーク 電圧降下に対していかに 偏差 制御ループが素早く反応するか 時間 (ns)
Slide 30: MPS - 高速過渡電流性能
MPS - 高速過渡電流性能 COT制御 vs. 業界標準 - より高速な過渡電流 電流モード制御 COT制御 複数のパルスが 遅延を低減 MPSは 特許取得の 制御スキームで これを達成
Slide 31: Virtual Bench Pro 4.0
ウェブサイト – サポート / ファイルダウンロード Virtual Bench Pro 4.0
Slide 32: HYREFTSWELE
HYREFTSWELE mrs
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