uModule DC/DC稳压器具有体积小、实施简单、可扩展以及高功率密度等特点，为工业、电信/数据通信以及ATE仪器系统中的电源应用提供了解决方案。基于组件封装(CoP)技术使得模组在同一PCB面积内集成更多功能，具有高集成度，高功率密度特点，热性能也得到了进一步提升。极高的扩展性使其可输出电流高达2000A并支持PMBus的AI/ML系统设计解决方案。

ADI的uModule产品发展已将近20年，2006年发布第一颗10A电源模组LTM4601，截止2024年已接近130+产品。拥有丰富的uModule产品线，包括Buck降压变换器、Boost升压变换器、Buck-Boost升降压变换器、隔离式DC/DCs、LED驱动器、电池充电器和TEC热偶控制器。

uModule DC/DC稳压器概述

µModule模组是将高精度模拟IC和外围电路集成在一个封装中，为单芯片电源解决方案，不仅实现了电源产品的小型化，而且大幅减少了设计电源电路所需的工时，缩短了产品开发时间，加快了市场推广。

  
图1所示是50A电流能力的LTM4650模组，分别从应用原理图、模组内部制成剖面图及交付模组三个维度进行了呈现，便于使用者更直观清晰的了解µModule模组的制成。左边部分为应用原理图，外围器件包括电容，电阻，MOSFET，电感，二极管等，这部分等同于普通电源模组；右边部分是利用硅片工艺将这些外围分立组件集成于一个封装的示例；下部分是客户拿到的产品实物。

µModule模组的原理是将包括DC/DC控制器、功率MOSFET、二极管、阻容被动器件和散热片等多个组件集成于同一封装内。相较于传统电源方式，前者是将所有器件焊接于PCB上，后者是基于硅片工艺将组件集成于BDsubsrate衬底，最终呈现出更小的面积，更高的功率密度和更好的散热性能。

  
新能源、数据中心、AI等新应用的发展对电源模组提出了新的挑战，DC/DC本身需要面对复杂的应用环境和测试要求，需要功率密度越做越高，板载体积越做越小，成本越做越低，性能越做越高。在具备较高的可靠性、高效率外，还需要设计者在较短的时间完成开发及快速上市。简而言之，DC/DC电源面临的设计挑战大体可以总结为以下几点：

• 设计时间短：较短的时间完成功能开发，完成复杂环境的测试，对设计人员能力及供应链管理具有极高的要求；
• 高可靠性：复杂的测试环境包括温度的急剧变化，因此需要避免模组内器件的温度漂移造成的性能下降，需要做好低频参数的匹配；
• EMI噪声：电源本身的高频特性使其本身就是一个干扰源，设计中既要降低对其它设备的干扰，也需要增强自身的抗干扰能力；
• 高散热性：当今电源功率越做越大,电流越做越大，板载体积越做越小，因此需要解决日益增大的散热压力。

µModule DC/DC稳压器发展演变

µModule经历了五代发展演变，在电流承载能力方面有了巨大的提升和跨越，第一代15mm x 15mm封装尺寸内仅能承载10A电流能力，发展至第五代22mm x 24mm封装内可以承载150A/200A电流。图2示例了发展演变过程：

第一代：发布于2006年，10A电流输出能力，15mm x 15mm尺寸 大小； 

第二代：发布于2012年，26A电流输出能力，15mm x 15mm尺寸大小，模组集成了散热片且将其引至顶部。ADI花费了一段时间实现了良率的提升，突破了这一代制造可靠性的瓶颈；

第三代：发布于2016年，40A电流输出能力，16mm x 16mm尺寸大小，采用CoP技术，电感置于模块封装上部但外露于空气中，此技术极大的优点是没有增加模块面积，通过空间的延伸换取平面面积的减少；

第四代：发布于2018年，可以称之为划时代产品，125A电流输出能力，15mm x 22mm尺寸大小。在第三代基础上进行了迭代，仍然采用CoP技术但是将铜箔穿过磁芯，是一种复核架构的电源模块；

第五代：发布于2022年，与传统意义上的模块相似，散热片外置，是一种开放式架构的电源模块。电流能力达到150A/200A模块 @22mm x 24mm。

三代CoP µModule稳压器  

第三代CoP技术除了使用BDSubstrate芯片基材工艺将控制器及电阻电容内置外，与上一代最大区别是使用了铜基材的卡子并将电感焊接于此卡子上，如图3所示。铜夹为电感器提供了电流路径且电感被提升到基板上方而没有增加整体尺寸。如前所述，这种电感内置的方法减少了µModule封装所需的布局面积，在空间上发现解决思路，同时模块封装顶部的电感裸露于气流中充当散热片作用，在顶部进行散热。

使用分立器件进行电源设计时一般会得到较高的效率，这主要是外置电感感值较大，纹波电流小。若电感内置但又不能增加尺寸面积的情况下，一般电感感值比较小，纹波电流偏大，因 此整体效率难以提高。新一代COP技术的优势是集成了电感，同时又得到了同等的较高转换效率。

  
传统散热是底部BGA焊球焊接后通过PCB平面进行散热，第三代的焊接方式类似于散热体焊接且解决了大面积散热。144个BGA带排焊球专用于GND、Vin和Vout的连接，基板中的铜有助于降低电阻和热阻。

  
总体来说，第三代CoP具有小型化、高效率、优异的散热性能等优势。

产品发展及性能对比

表1示例了2010年，2013年和当下三个不同时间段发布的三款 µModule DC/DC稳压器参数比较，可以看出当下发布的LTM4638比2010 发布的LTM4627面积上缩小了6倍，相当于功率密度提高了6倍，散热性能也得到大幅提升。

表1. 三款稳压器发展比较

图4红色框图圈出了2个系列，上部分显示的LTM4702/03/07三个稳压器pin脚兼容，基于Silent Switcher 3 技术开发，具有极低的噪声，输出电压可低至0.3V，采用峰值电流模式控制；下部分LTM4657/26/38/40四款稳压器采用COT (Controlled On Time)控制技术，相较于传统峰值电流模式控制方法，COT控制具有快速负载动态响应特点，但缺点是无法大规模并联，而峰值模块可以实现4~6路的并联。

概述 — 静音开关 μModule 稳压器 (Silent Switcher 3)

ADI的Silent Switcher 3稳压器已完成三次迭代，是将三种技术进行了融合的产物，如图5所示。技术之一是采用对称环技术，通过静场消除来减少SW管脚的高频震荡；技术之二是引入超低噪恒流源基准和高带宽低噪声运算放大器，实现快速动态响应；最后再与COP技术结合，增加散热的同时实现很小的封装面积。

Silent Switcher 3技术具有较低的1/f噪声和白带噪声，基本可以实现全频带较低的噪声，这是开关模式电源问世以来电源领域的先进成果之一，提高了系统效率，改善了输出纹波，提供了低噪声性能，其降噪技术在许多噪声敏感应用中改善了EMI辐射性能，缩小了解决方案总体尺寸。

产品简述 — Silent Switcher 3 µ模块稳压器

LTM4702: 第一颗超低噪声Silent Switcher μModule稳压器，输入电压范围为3V至16V,输出电压范围为0.3V至5.7V，带载能力是8A。受益于内部几百k的增益带宽误差放大器（传统误差放大器的增益带宽仅在100k内），此稳压器具有较高的动态。

  
噪声密度这个指标一般出现在LDO或运放中，电源产品很少关注此参数是因为电源本身的噪声较大，关注此参数的物理意义不大，而在需要低噪声供电的应用场景中，比如时钟、AD/DA或敏感设备，会添加磁珠或超低噪LDO或其它滤波手段后给系统进行供电。LTM4702拥有超低的静音开关架构使其白带噪声是3nV，RMS 噪声(10Hz ~ 100kHz)是8μV，提供超低EMI辐射。这些低噪声和低EMI 特点使LTM4702成为噪声敏感和大电流使用的现实抉择。可以进行并联均流，在<1cm2（单边PCB）或0.5cm2（双边PCB）的空间内提供完整的解决方案。

  
LTM4712：基于buck-boost架构进行设计，已完成三次迭代升级，工作于升压-降压模式，峰值效率达到98%。具有较宽的输入和输出电压范围，可调节输入或输出平均限流值且输入或输出电流被监控，因此可应用于限流需要的充电器或太阳能场景。可以并联扩容以提高输出电流。  

第四代CoP µModule稳压

第四代CoP组件采用增强磁性封装技术，将磁体置入封装内，铜带穿进磁体而焊接于PCB基板上。可以说这一代模块封装的发展已将电感进行了完全意义的覆盖，6面均可进行热扩散，如 图6所示。 

第四代CoPµModule稳压器具有高功率密度、高效率、卓越散热性能优势。

  
以达到100A输出电流能力为例，2006年发展的LTM4601需要10颗并联来达到10A带载能力，2012年需要4颗LTM4620并联，2014年需要3颗LTM4630并联，2016年需要2颗LTM4650并联，发展至2018年的 LTM4700单颗即可达到。通过10年的发展，尺寸面积和功率密度方面发生了颠覆式变化，表2示例的电路板结构直观呈现了发展状况。

PMBus接口µModule稳压器路线图

图7是第四代µModule稳压器路线图，由刚开始的LTM4675到今天的LTM4681，产品电流越做越大，尺寸面积越做越小，LTM4681单路可输出31.25A电流，并联后输出125A电流。

LTM4700：一款具有双通道50A或单通道100A的输出能力的降压型 μModule稳压器，1Vout@100A的效率达到90%。具备数字电源系统管理功能，可实现输出裕度调节、调谐以及斜坡上升和下降。内置了快速模拟控制环路、精准型混合信号电路、EEPROM、功率 MOSFET、电感器和支持组件。支持包括输出电压调节、输出电流限制、过温保护、输入欠压保护等输入和和数值的读取。

LTM4681：是一款四路31.25A或单路125A的降压型μModule稳压器，具有0.5~3.3V的宽输出电压范围。四路输出通道采用峰值电流模式控制，可以任意配置以获得不同的输出电流能力，如图9右边部分所示。

LTM4681具有高效率、高功率密度和高压摆率，带有数字电源系统管理功能，可以通过PMBus对电源管理参数进行遥测监控。

  
利用LTM4681的双线串行接口，能够以可编程压摆率和时序监控延迟时间对输出进行裕量设置、微调以及斜升和斜降。可以读取真实的输入电流检测、输出电流和电压、输出功率、温度、正常运行时间值和峰值。不需要对EEPROM内容进行自定义配置。启动时可以通过引脚复用电阻器来设置输出电压、开关频率和通道相位角分配。

对LTM4681进行温升测试，无风情况下的温升为98°C；若以1m/s的风速进行散热，温升为78.6°C。

LTM4683/LTM4682：这两款是LTM4681的细分类别，可以输出较低的 VOUT且电压范围较窄，并且在LTM4681基础上对动态响应进行了优化，因此可以获得更好的动态负载的响应。同样也是输出四路 31.25A或单路125A，具有数字电源系统管理功能。  

第五代带散热器的开放式框架CoP封装

第五代开放式框架CoP产品是ADI公司基于自身积累的控制技术和拓扑结构开发的一款隔离大功率模块，集成了功率器件、变压器、铜柱和散热片，与市面上传统的1/4砖、1/8砖、1/16砖较为类似。适用于数据中心和AI应用，通过隔离拓扑构架由48V产生负载电压。

  
表3示例了LT880x系列的主要参数性能及其对应的封装，它们具有相同的封装面积但是随着输出电流能力的不同而搭载不同的散热片形式。电流输出能力由LTP8800-2的135A达至LTP8800-4A的 200A，带PMBus接口，它们具有相同的拓扑结构，但电压范围、功率和散热片形式方面不同。

  
表3. LT880x系列产品主要性能及封装一览

以LTP8800-2为例，这是一款采用数字环的降压型μModule隔离稳压器，采用22mm × 24mm × 6.7mm表面贴装开放式框架进行封装。输出电压范围是0.5V至1V，54V输入转换为0.75V输出时可达到89% 的效率，这在行业内已是相当高的转换效率，最大直流误差为 0.5%。

  
通过配电架构为微处理器提供内核电压并由PMBus监控电压电流，对电源管理参数进行远程配置和遥测监控，在EEPROM内存放失效数据。此系列是纯数字环隔离控制，可以进行远端补 偿和并联均流。产品集成包含带有精密混合信号电路、功率MOSFET、平面变压器、电感器和配套元件的可编程数控系统。较高的集成度可充分减少元件数量并缩短设计时间，同时提高灵活性和功率密度。利用谐振开关架构消除了高压开关损耗，从而在高转换率下保持高效率。

  
结束语

ADI具有130+此类产品，使用者如何快速获取相关信息？可以通过在线产品选择工具来获取µModule信息：登录ADI官方网站www.analog.com，搜索框中搜索“µModule Infographics”