MPSのモジュールによるデータトラフィック用 光モジュールの進化

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図1 : データ交換

光モジュールは光電変換を行う光通信の基盤です (図2参照)。光ファイバー内を伝送された光信号を受信して電気信号に変換し、この信号を後処理チップに送信します。あるいは、光モジュールは後処理チップの電気信号を受信し、光ファイバーを介して送信される光信号に変換することもできます。光電変換送信室には重要なデータを運びます。

図2 : 光モジュールの構造

近年のデータトラフィック需要の爆発的な増加により、伝送速度の向上に伴う光モジュールのアップグレードが急速に繰り返されています。より強力な処理チップを使用すると、消費電力が増加し、電力要件がより厳しくなるため、すでにコンパクトな光モジュールの設計がさらに難しくなります。MPSのパワーモジュール製品は、統合されたインダクタと主要部品を備えたさまざまなモジュール製品を提供します。利点としては、高集積、小型、高電力密度が挙げられ、電源設計の課題を大幅に軽減し、迅速な製品開発が可能になります (図3参照)。

図3 : MPSのパワーモジュール

図4に400G光モジュールの代表的な電源構造を示します。MPSは幅広いパワーマネジメント製品を提供し、優れた性能を備えた光モジュール向けの完全な電源ソリューションを提供できます。

図4 : MPS400G光モジュールソリューション

MPM38x4Cシリーズの紹介

MPM38x4Cシリーズには、3つの電源モジュール (MPM3814C、MPM3824CとMPM3834C) を含み、現在の産業界で最小の低電流モジュール製品です。MPM3814Cは、最大1Aの連続出力電流 (I_OUT)、MPM3824Cは2Aの連続I_OUTを提供し、MPM3834Cは3AのI_OUTを提供します。これら3つの部品のピン配置、立体サイズ、周辺回路は同じであり、簡単に交換できます。慎重に最適化された内部構造により、優れたEMC性能も実現されます (図5参照)。

図5 : MPM38x4Cシリーズモジュールのピン図

MPM38x4Cシリーズには、入力コンデンサ、出力コンデンサ、2つの分圧抵抗器を含む少なくとも4つの外付け部品が必要です。ENピンが前段からイネーブル信号を受信すると、モジュールは直ちに電力を出力します。設計者は、データシートに記載されている電源レールの電圧要件に基づいて分圧器の抵抗を計算することで、電源を設計できます。これにより、全体的な設計プロセスと電源設計が大幅に簡素化されます。MPSはMPM38x4Cシリーズのピンレイアウトも最適化しており、設計者がマニュアルのレイアウトサンプルに従ってボードをレイアウトできるようになり、仕事量が大幅に軽減されます (図6参照)。MPM38x4Cシリーズには、入力コンデンサ、出力コンデンサ、2つの分圧抵抗器を含む少なくとも4つの外付け部品が必要です。ENピンが前段からイネーブル信号を受信すると、モジュールは直ちに電力を出力します。設計者は、データシートに記載されている電源レールの電圧要件に基づいて分圧器の抵抗を計算することで、電源を設計できます。これにより、全体的な設計プロセスと電源設計が大幅に簡素化されます。MPSは MPM38x4Cシリーズのピンレイアウトも最適化しており、設計者がマニュアルのレイアウトサンプルに従ってボードをレイアウトできるようになり、仕事量が大幅に軽減されます (図6参照)。

図6 : MPM38x4Cシリーズ推奨レイアウト例

MPM38x4Cシリーズの主要パラメータを以下に記述します。

• 1.2mmの薄さ、立体サイズ (2.5mm × 2.5mm × 1.2mm) のコンパクト構造
• 広い2.75V〜6V入力電圧 (V_IN) 範囲
• 0.6Vの低さの出力電圧 (V_OUT)
• 1.25MHzのスイッチング周波数 (f_SW)
• 最大1A / 2A / 3A連続 I_OUT
• 短絡保護 (SCP)、過電流保護 (OCP)、過熱保護 (OTP) などの豊富な保護機能
• 軽負荷時でも出力リップルを最小限に抑える強制連続通電モード (FCCM)
• シーケンス制御を容易にするPGおよびENピン

図7は、MPM3814Cの代表的なアプリケーション回路を示します。

図7 : MPM3814Cの代表的なアプリケーション回路

MPM38x4Cシリーズは、非常に小さなサイズで優れた電圧変換効率を実現します。図8は、MPM3814Cの効率的なGUIを示します。

図8 : MPM3814Cの効率曲線

図9は、MPM3824Cの効率的なGUIを示します。

図9 : MPM3824Cの効率曲線

図10は、MPM3834Cの効率的なGUIを示します。

図10 : MPM3834Cの効率曲線

MPM38x4Cシリーズは非常に高いf_SWを提供し、2.2MHzで動作するMPM3814C、1.25MHzで動作するMPM3824CとMPM3834Cがあります。22μFの出力コンデンサを1つ使用しても、MPM38x4Cシリーズは最小限の出力電圧リップルを維持します。図11に、5V入力および1.2V出力におけるMPM3814Cの出力リップル波形を示します。

図11 : MPM3814C出力リップル波形

図12にMPM3824Cの出力リップル波形を示します。

図12 : MPM3824C 出力リップル波形

図13にMPM3834Cの出力リップル波形を示します。

図13 : MPM3834Cの出力リップル波形

MPM3864の紹介

MPM3864は、MPSが提供するもう1つの電源モジュールで、優れたパフォーマンスを実現します。モジュールは連続したI_OUTを達成でき、 コンパクトな基板面積 (3mm x 3mm) で最大6Aの能力を備え、このクラスでは業界最小の製品になります。基板レイアウトは非常にシンプルで、設計を完了するために必要な周辺部品はわずかです。

図14 : MPM3864の推奨レイアウト例

MPM3864は、内蔵インダクタといくつかの主要部品を備え、コンスタントオンタイム (COT) 制御を採用し、優れた動的調整機能を備えた1.2MHzの周波数で動作します。主要パラメータを以下に記述します。

• 基板面積がわずか3mm x 3mmのコンパクトな構造
• 最低0.6VのV_OUT
• 最大6Aの連続 I_OUT
• 広い2.75V〜7V V_IN範囲
• SCP、OCP、出力不足電圧保護 (UVP)、OTPなどの豊富な保護機能
• 外部設定可能なソフトスタートピンにより、ユーザーは希望の起動速度を設定可能
• 軽負荷時でも出力リップルを最小限に抑えたFCCM
• シーケンス制御を容易にするPGおよびENピン

図15は、MPM3864の代表的なアプリケーション回路を示します。

図15 : MPM3864の代表的なアプリケーション回路

図16は、MPM3864の効率的なGUIを示します。

図16 : MPM3864の効率曲線

MPM3864の出力電圧リップルは最小限です (図17参照)。5V入力および1.2V出力で4つの22µFのMLCC出力コンデンサのみを構成すると、負荷電流が0Aか6Aかに関係なく、ピークツーピーク出力リップルは10mV未満にとどまります。

図17 : MPM3864 出力リップル波形

光モジュールの処理チップには、厳しい動的リップル要件だけではなく、定常状態リップルにも高い要件が求められます。MPM3864はCOT制御を採用しており、優れた動的応答能力を備えています。負荷のジャンプ速度が2.5A/μsの場合、動的リップルの合計ピークツーピーク値は20mV未満にとどまります。

図18 : MPM3864の負荷過渡波形

結論

データトラフィックの需要の急増と伝送速度の増加に伴い、設計者は、光モジュールのより厳しい電力要件を統合するという課題に直面しています。 MPS は、 MPM38x4Cシリーズ (MPM3814C、MPM3824CとMPM3834CとMPM3864を含む) を備えた完璧な電源ソリューションを提供し、優れたEMC性能、優れた電圧変換効率、最小の出力電圧リップルを実現します。

詳細については、MPSの堅牢な パワーモジュールの品揃えをご覧ください。

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