5G基站为什么需要使用不一样的电源模块

虽然数字IC在AI在异构的祝福下闪耀，但模拟IC特别是电源管理IC同样的繁荣。预计2026年全球电源管理芯片市场将达到565亿美元，尤其是即将到来的5G、工业4.汽车电气化的大规模布局不断成为电源管理芯片的助推器，变化也随之而来。

催生新要求

仅从5G来看，因5G基站需要更多的天线、更多的射频组件和更高频率的无线电，这显然对电源管理芯片提出了更高的要求。而且为了实现相同范围的覆盖，5G基站将采用更密集的网络方式，估计中国5G大约有500万个宏基站，达到4个G基站数量的1.5倍，再加上微基站市场将更加可观，电源管理芯片的规模也在上升。而工业4.0的发展也方兴未艾，也蕴含着巨大的机遇。

尽管电源管理IC有着永恒的追求，但却有着永恒的追求，MPS电源模块产品线经理孙毅认为，对于工业4.0和5G对于基站，开发周期更短，尺寸更小，散热，抑制EMI噪声、FPGA复杂的电源时间管理和高速ADC/DAC低噪声供电全面提升到新的高度。

要满足这些需求，不是电源模块。因为如果换汤不换药采用分立方案，难免会捉襟见肘。分立电源方案的开发周期需要18周以上，包括选型采购、布局布线、环路补偿、制板包装等。孙毅提到，比如输出1000A电源、分立方案可采用5个芯片、4个电感等，包括电流采样电路、解耦滤波电路、环路补偿电路等复杂电路设计。”

不仅如此，由于分立方案需要占据主板的大面积，紧凑的系统设计需求与之相反，难以两全其美。孙毅具体解释说，因为5G基站载板芯片包括基带，FPGA、收发器等，许多高速线路可以布置在并联电源模块下，从而有效地改善板上的接线面积。分立模拟IC有很多的SW Pin，下面不能走高速线，所以实际可用面积会更小。

另外，由于工业和5G基站应用产生的高功率密度也对散热提出了新的要求。而且频率越来越高，EMI测试标准越来越严格，需要多个版本PCB修改和调试。同时因5G基站载板使用了很多FPGA/ASIC，针对FPGA/ASIC电源设计比较复杂，涉及电源轨数多、启动/关机时间严格、精度高、响应速度快、噪音低等。孙毅以赛灵思SoC FPGA例如，芯片需要13个电源，如何处理是一个巨大的挑战。

在芯片中ADC以及DAC需要严格控制射频链路的供电要求和噪声。RFSoC FPGA中，对于ADC以及DAC1.供电纹波要求mV其中，对效率和动态纹波的要求较高。

集成化应对

要解决上述多重挑战，需要电源模块的自我创新。

MPS电源模块上下通过MOS管道、控制电路、驱动和保护电路以及电感等无源设备的统一，克服了电源领域的各种挑战。

帮助客户缩短从选型到各种设计再到可靠性验证的时间。根据孙毅给出的数据，从18周缩短到5周，增加了70%以上。同时简化了设计的复杂性，PCB当需要更大的电流时，布板风险很容易并联实现。MPS提供的100A8000个电源模块可以并联实现A，100可以并联A作为标准模块，最短只需要四条线就可以互联，简单方便。

为实现较小的方案尺寸，MPS采用四项绝活层层递进。孙毅介绍，单晶圆的功率 控制集成过程减少了芯片50%的面积和成本；倒装包装过程减少了包装带来的多余面积；先进工艺加单晶圆加倒装过程降低了寄生参数，通过提高开关频率降低了电感体积；电感3D封装使电感直接架在IC在进一步提高功率密度的同时，模块50%的面积。

这些叠加创新带来了许多好处。不仅模块占用面积小，而且使用的外围设备也减少，而且降低了成本。同时，无需单独进行补偿控制，开发成本也大大降低。

相应地，在散热、EMI、支持多路电源输出的噪声、功耗和性能也很好。如散热，通过优化模块设计 减小功耗、倒装工艺降低了热阻、3D封装使散热更加均匀。又如在EMI方面，MPS热环路电磁场采用集成对称输入电容，通过相反的电流方向有效抵消。此外，优化SW减少节点设计EMI辐射等等。” 孙毅着重说。

孙毅进一步指出，MPS输入电压从6提供了丰富的产品组合V到75V，输出电流覆盖0.6A至100A甚至800A，覆盖了5G 基站、AI多种应用，如加速卡、光模块、测试设备、传感器/相机、工业应用等。

各成其就

的确，电源模块符合工业4.0和5G基站的需求并不意味着单独的电源管理IC没有空间。

分立方案仍有市场空间，特别是当板空间有限时，如果没有完整的区域，则分立方案更合适。此外，如果系统需要单个电源，分立更灵活，分立方案将长期存在。孙毅进一步强调，但对于多路应用程序，电源模块将更简单，因为它可以提供一套完整的解决方案。

虽然电源模块通过多层次的创新展示了其技能，但未来仍有许多先进的空间。孙毅说，首先，芯片工艺将继续改进；其次，模块包装技术将继续产生迭代突破，以前是2D，现在是3D包装；以前使用的是单层引线框架PCB设计，现在是多层(4层或6层)设计。三是从模块的磁设计入手，提高性能。

除了市场需求强劲增长背后的主要受益者TI、NXP、MPS、英飞凌、ADI国内硅力杰、圣邦微电子等国际大厂商也将有很大的前景，但也要在电源模块、数字电源等方面不断加强研发。

值得注意的是，MPS没有自己的晶圆厂和包装厂，但通过租用晶圆厂的部分设备和人员，使用自己独特的工人进行生产，并与国内5家晶圆厂和密封测试厂合作Fablite该模型不仅保证了工艺的独特性，而且更有效地利用了资本成本。