DN551 - 面積0.5cm2、PCB裏面に配置可能なDDR

実装面積 0.5cm2、PCB 裏面に配置可能な DDR、QDR、
QDR-IV SRAM 向け超薄型トリプル出力 µModule レギュレータ
デザインノート551
Sam Young および Afshin Odabaee
はじめに
最も高い RTR(ランダム・トランザクション・レート)
を持つ QDR(クワッド・データ・レート)SRAM の
QDR-IV は、広帯域ネットワーキング、高性能コン
ピューティング、集中的データ処理アプリケーションに
対応して最大 400Gbps のデータ転送を実現します。
このような高速データ・レートにおける主な課題は、
SRAM とデバイス(高速 FPGA およびプロセッサな
ど)間のデータ転送のインテグリティを保つことです。
少ない(1 本の抵抗と 3 個のコンデンサのみ)ため、
わずか 0.5cm2(両面)または 1cm2(片面)の面積に
収まります。薄型のため、PCB の裏面に実装して上
面のスペースを空け、超小型の基板デザインが可能
になります。
LTM4632 は 3.3V~15V の 入 力 電 圧 で 動 作し、
0.6V~2.5V の高精度な出力レール電圧を提供しま
す。2 つのスイッチング・レギュレータ出力、VOUT1
および VOUT2 は、それぞれ、VDDQ 用に最大 3A、
ひとつの解決策として、SRAM—QDR-IV、QDR、 VTT バス終端レール用に ±3A を供給します。3 つ
または DDR などを PCB 上面のインタフェース・デ 目の出力は、終端リファレンス(VTTR)トラッキング
バイスのすぐ近くに配置することがあります。PCB 電圧用に低ノイズ・バッファされた 10mA 出力を供給
の面積を節約し、PCB の寄生ノイズがデータ・バ します。 図 1 は、標準的な DDR3 アプリケーション
ス・ラインに乗るのを最小限に抑えるため、QDR- における LTM4632 回路を示します。シンプルなソ
IV SRAM データ・バス・ドライバに電力を供給する リューションで、部品点数が少ないことが分かります
VDDQ
DC/DC レギュレータ回路を近くに配置する必要があ
22µF 1.5V, 3A
PGOOD1 PGOOD2
ります。そこで問題となるのは、高密度な PCB 上に
VIN
4V
VIN
VOUT1
3.6V TO
RUN1 LTM4632
レギュレータを配置する場所を見つけることです。
15V
VTT
10µF
1 つの方法は、コンパクトなパッケージにインダクタ
と MOSFET が内蔵された完全な DC/DCレギュレー
タを使用することです。しかし、PCB の上面の面積
が極めて限られていることから、いかにコンパクトな
ソリューションでも不十分な場合があります。DC/DC
レギュレータ・ソリューションの面積、高さ、重量を十
分削減できる場合、利用できる PCB の裏側に配置
できます。
超薄型の小型パッケージで、入力電圧 12V からの
VTT、VDDQ、VREF を出力
16V
VDDQ
RUN2
INTVCC
SYNC/MODE
VOUT2
TRACK/SS1
COMP1
VDDQIN
COMP2
22µF
4V
VTTR
FB1
GND
0.75V, ±3A
VTTR
0.75V, 10mA
60.4k
DN551 F01
図 1.標準的な LTM4632 DDR3 アプリケーション
複数の SRAM モジュールの駆動
LTM4632 を使用すると柔軟な設計が可能になるた
め、幅広いアプリケーション要件に対応できます。た
LTM 4632 は、新しい QDR-IV および従来の DDR
RAM に必要な全 3 種類の電圧レールに対応する とえば、VDDQIN 入力により、VTT と VREF のレー
ことに特化して設計された完全なトリプル出力降圧 ル電圧の設定を、標準的な 1/2×VDDQ 電圧だけで
®
µModule レギュレータです。0.21g の小型で超薄 行うだけでなく、外部リファレンス電圧で他の値に設
型 LGA パッケージ(6.25mm×6.25mm×1.82mm) 定することもできます。LTM4632 は、±3A より大
きい終端レール電流を要するアプリケーションに対応
に収容されています。
して、VTT 用の 2 相シングル出力レールとして構成
スイッチング・コントローラ、2 分 割 回 路、パワー
Technology、Linear のロゴ、
FET、インダクタ、および支持部品がパッケージに搭 L、LT、LTC、LTM、Linear
µModule、および PolyPhase は、リニアテクノロジー社の登録商標です。
載されています。 省スペースで、外付け部品点数が その他全ての商標の所有権は、それぞれの所有者に帰属します。
®
06/16/551
できます。これらの機能により、LTM4632 は、多く
の異なる SRAM の電圧要件に適合し、負荷電流要
件を拡張して大規模なメモリ・アレイに対応可能です。
このような LTM4632 の柔軟性を図 2 に示します。
LTM4632 の 2 つのスイッチング・レギュレータ出
®
力は、PolyPhase 電流分担構成で接続され、大規
模メモリ・バンクに対応可能な最大 ±6A の VTT 電
流を供給しています。6A より大きい VDDQ を供給
図 4.LTM4632 の熱性能、
するには、LTM4632 を他の µModule レギュレータ
12V 入力 /3A(図 2 のデザイン)
(LTM4630 など)と組み合わせて用いることで、大
規模 SRAM アレイに対応可能な最大 36A の出力 つ高速トランジェントが可能になります。スイッチング・
電流を供給することができます。 図 3 に効率と電力 レギュレータの出力電圧レギュレーションは高精度で、
入力、負荷、および温度の全範囲にわたって、最大
損失を、図 4 に LTM4632 の熱性能を示します。
でわずか ±1.5%の全 DC 出力電圧誤差を保証して
VIN
VDDQ
います
VOUT1
VIN
4.5V TO 15V
22µF
25V
VDDQ
1.8V, 36A
VOUT2
LTM4630
22µF
25V
×2
100µF
16V
×6
GND
PGOOD1 PGOOD2
VOUT1
VIN
RUN1 LTM4632 VOUT2
RUN2
VTTR
INTVCC
FB1
SYNC/MODE
47µF
4V
×3
INTVCC
VOUT
100mV/DIV
AC-COUPLED
VTTR
0.9V, 10mA
COMP1
TRACK/SS1
VDDQIN
VTT
0.9V, ±6A
図 5 および 図 6 は、図 2 の 回 路 の LTM4632 の
VTT レールの高速トランジェント性能と厳密な負荷レ
ギュレーションを示しています。
COMP2
LOAD STEP
10A/DIV
GND
DN551 F02
図 5.VTT の負荷ステップ、
−3A~3A(図 2 のデザイン)
3.0
90
2.7
80
2.4
EFFICIENCY
2.1
60
1.8
50
1.5
40
1.2
30
0.9
POWER LOSS
20
0.3
0.2
1
2
4
3
LOAD CURRENT (A)
5
6
DN551 F03
–0.1
–0.4
0
図 3.LTM4632 の効率と電力損失、
12V 入力(図 2 のデザイン)
0
–0.3
0.3
0
0.1
–0.2
0.6
10
0
0.4
VTT ERROR (%)
100
POWER LOSS (W)
EFFICIENCY (%)
図 2.36A LTM4630 VDDQ 電源を持つ、
LTM4632 2 相シングル出力の ±6A VTT
70
DN551 F05
10µs/DIV
–6
–4
0
–2
2
VTT LOAD CURRENT (A)
4
6
DN551 F06
図 6.VTT 負荷レギュレーション(図 2 のデザイン)
まとめ
超 薄 型 の LTM4632 は、DDR/QDR RAM アプリ
ケーションに要求される全 3 種のレールに対応する
高速トランジェント応答による厳密なレギュレーション
高性能なレギュレータの完全なソリューションを提供
LTM4632 の独自制御されたオンタイム電流モード・ します。 幅広い動作範囲、機能、省スペース性によ
アーキテクチャと内部ループ補償により、幅広い動作 り、高い柔軟性と堅牢性を実現し、PCB の上面およ
条件と出力容量にわたって良好なループ安定性を持 び裏面の極めて小さいスペースに収まります。
データシートのダウンロード
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