4644 DCDC 电源芯片典型应用场景分析（详细版）

4644 DCDC电源是一款高集成度、四输出的降压型模组稳压器，专为需要低纹波和高效率的供电场合设计，如FPGA、DSP等供电。本文将探讨如何利用4644电源芯片的特性实现FPGA、DSP等SERDES供电的优化设计。

FPGA因其高速性和灵活性，在数据通信领域得到广泛应用。FPGA对电源的要求极为严格，需要低纹波、高稳定性的电源供应以保证信号的完整性和系统的性能。4644电源芯片以其高集成度和优异的电气性能，成为FPGA SERDES供电的理想选择。

4644电源芯片特性：

• 四通道输出，每通道可提供高达4A的连续输出电流
• 宽输入电压范围（4V至14V）和输出电压范围（0.6V至5.5V）
• 高效率设计，降低系统热损耗
• 低输出电压纹波，优化FPGA和SERDES性能
• 集成控制器、功率FETs、电感和支持组件，简化设计和减少外部元件

FPGA供电要求：

• FPGA对电源纹波和噪声非常敏感，可能导致数据传输错误
• 需要稳定的电源电压以保证信号完整性
• 多通道输出能力，适应FPGA和SERDE不同部分的供电需求

如下提供一份FPGA部分供电要求截图:

图1：美信SERDES供电截图

图2：赛灵思FPGA供电截图

图3：赛灵思FPGA部分供电截图

根据图示SERDES的供电要求最高的为Vdd，电源波动要求0.95-1.05V波动，电源波动要求为100mV；而赛灵思的FPGA电源VCCINT和VCCBRAM供电要求最严的电源波动为0.93-0.97V，仅为40mV。以FPGA为例，如设计供电电压为中间值，那么电源波动仅剩20mV，根据ASP4644典型设计，纹波在4.17-10.67mV完全能满足供电要求。

4644电源芯片在FPGA SERDES供电中的应用优势：

• 低纹波输出： 优化的高频率、高带宽设计，使用单个低ESR陶瓷输出电容即可实现低输出电压纹波
• 高集成度： 集成了所有必要的电源管理组件，减少了PCB上的元件数量和设计复杂性
• 并行操作能力： 通过内置的时钟交错功能，实现多通道并行操作，提供更大的输出电流和更好的负载响应
• 频率同步： 通过CLKIN和CLKOUT引脚实现频率同步，减少多相操作时的相位误差

如下提供一份电源控制器和4644模块电源应用案例:

    

图4：DCDC控制器方案               图5：4通道模块电源

图4为典型的DCDC电源控制器方案，图5为4644芯片级电源模块。根据图4和图5对比可以看出同样在2x2cm的空间内4644模块电源可以同时满足4通道输出，而图4 DCDC控制器方案只能输出一路。像FPGA和SERDES这种需要多规格电源供电的环境，使用DCDC控制器设计4路不同的电源输出需要4颗同样的DCDC控制器及外围器件，这样会大大增加PCB的占板面积，将需要4个2x2cm的面积，而如果使用4644芯片级模块电源则仅需要一个2x2cm的面积就可以输出4通道电源，可以大大缩减电源占PCB面积，减小产品体积，同时简单的外围设计可以加快客户产品研发速度，助力加速客户产品推向市场。

设计建议

• 输入去耦： 为每个调节器通道推荐使用10µF输入陶瓷电容，以降低输入纹波
• 输出去耦： 每个通道使用至少47µF的低ESR陶瓷电容，以实现低输出电压纹波
• 多相操作： 利用4644电源的多通道并行能力，实现更大的输出电流和更低的纹波
• 温度监控： 利用内部温度二极管监控模块温度，确保系统在安全的温度范围内运行

4644模组稳压器以其低纹波、高集成度和高效率的特性，非常适合用于FPGA和DSP供电。通过合理的设计和布局，可以有效提高FPGA和DSP的数据传输性能和系统的可靠性。

4644电源芯片早期市场上主要是ADI LTM4644，随着军工宇航芯片国产化需求的增强，国内出现不少国产化4644电源芯片，主要有SM4644（国微）、HCE4644（七星华创）、ASP4644（国科安芯）、BD4644（西安广勤）、MAC4644（南京天仪）等。随着国内芯片设计经验的积累和芯片的多次流片迭代，国产化4644芯片在纹波、电流、效率等关键指标和ADI LTM4644一致，甚至在输入范围、封装尺寸厚度等方面部分国产芯片有所突破，少数有核心技术的厂家根据实际场景应用需求衍生出抗辐照特性4644芯片系列，例如国科安芯ASP4644芯片除了有工业级、车规级、军品级外，还推出采用先进抗辐照加固技术的商业航天级ASP466芯片，已经在多家航天、军工院所应用，特别是商业航天领域，垣信卫星和星网供应链下多家公司已经和国科安芯建立合作关系，希望采用抗辐照版本ASP4644来实现商业航天电源方案。下表是ASP4644和LTM4644主要性能参数对标表：

参数性能	LTM4644	ASP4644	对比
典型效率	85.80%	86.48%	基本一致
纹波	4.67mV～11.5mV	4.17mV～10.67mV	优于
输入范围	4V ～14V	4V ～14V	一致
输出范围	0.6V ～5.5V	0.6V ～5.5V	一致
电流	单路4A，4路输出	单路4A，4路输出	一致
保护	过压、过流、过温	过压、过流、过温	一致
封装	BGA77（9*15*5）	BGA77（9*15*4.46）	优于
车规认证	无	AEC-Q100	优于
国产化证明	无	芯片全国产化证明	优于
抗辐照设计	无	先进抗辐照加固设计	优于

    目前宇航、军工等国产化要求高的场景已经全部使用国产4644芯片；对于电力、水利、能源、金融等安全关键领域，国产化需求也逐渐强烈，国产4644应用场景将不断增加；仪器仪表、工业、机器人等工业场景目前基本使用ADI LTM4644，随着国产4644芯片优势的不断提升，LTM4644将继续被国产化产品型号所取代。