隨著高性能計(jì)算的不斷發(fā)展，存儲(chǔ)技術(shù)也在持續(xù)演進(jìn)。固態(tài)硬盤(pán)（SSD）作為一種用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列制成的大容量存儲(chǔ)設(shè)備，近年來(lái)市場(chǎng)熱度持續(xù)攀升。與傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤(pán)（HDD）相比，SSD 具有讀寫(xiě)速度快、功耗低、無(wú)噪音、輕便小巧、防震抗摔性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，正迅速滲透到從數(shù)據(jù)中心到便攜硬盤(pán)等各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用中。根據(jù) Yole Group 的預(yù)測(cè)，到 2028 年， SSD 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到 670 億美元。

SSD 電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)三要素

拆解一塊 SSD 可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部架構(gòu)十分簡(jiǎn)潔，沒(méi)有 HDD 那樣復(fù)雜昂貴的機(jī)械裝置，主要包括主控芯片、輔助主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的緩存芯片，以及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的閃存芯片。對(duì)于 SSD 這類需要高速、穩(wěn)定 “運(yùn)轉(zhuǎn)” 的設(shè)備而言，可靠的電源管理至關(guān)重要，這也是本文探討的重點(diǎn)。

具體來(lái)講，SSD 電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下三方面因素：

1. 高集成：SSD 中不同的電子組件需要多個(gè)電源軌為其供電，然而有限的空間又不允許電源管理系統(tǒng)占用太大的 PCB 面積。因此，基于分立器件的電源管理方案面臨較大挑戰(zhàn)，而高集成度的 PMIC（電源管理集成電路）則是 SSD 電源管理設(shè)計(jì)更為理想的選擇。
2. 靈活性：傳統(tǒng)的 PMIC 雖具有高集成、小尺寸的優(yōu)勢(shì)，但不夠靈活，通常更適合特定產(chǎn)品的電源架構(gòu)要求，當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)規(guī)格發(fā)生變化時(shí)便不再適用。分立式電源系統(tǒng)則可通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整電阻等外圍元件對(duì)方案進(jìn)行微調(diào)，以適應(yīng)新的設(shè)計(jì)要求。為補(bǔ)齊這一短板，如今許多的 PMIC 產(chǎn)品已具備 “可編程” 特性，用戶可在相同的硬件架構(gòu)下對(duì) PMIC 進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)編程，也可在出貨前根據(jù)客戶的規(guī)格要求進(jìn)行定制設(shè)置。這意味著同一款高性能 PMIC 在保有高集成優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，可適用于多種產(chǎn)品變體或不同產(chǎn)品線，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)帶來(lái)更大的靈活性?？删幊?PMIC 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)如下圖所示。
   

   

   
   圖 2: 可編程 PMIC 顯著簡(jiǎn)化 BOM 并減小方案尺寸 (圖源：Qorvo)
3. 可靠性：與其他應(yīng)用不同，SSD 的電源系統(tǒng)對(duì)可靠性有著更為苛刻的要求，以避免數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中出現(xiàn)完整性和安全性風(fēng)險(xiǎn)。為此，PLP（掉電保護(hù)）是不可或缺的功能。其原理是通過(guò)使用特殊 PLP 電容器存儲(chǔ)足夠的能量，在系統(tǒng)斷電時(shí)利用這些能量為系統(tǒng)提供額外的運(yùn)行時(shí)間，以便安全地將數(shù)據(jù)從驅(qū)動(dòng)器的臨時(shí)存儲(chǔ)移動(dòng)到存儲(chǔ)器，確保數(shù)據(jù)在系統(tǒng)重新通電后仍然存在且可訪問(wèn)。為實(shí)現(xiàn) PLP，需要在 SSD 系統(tǒng)中配置 PLP 電容器、PLP 調(diào)節(jié)器以及相關(guān)的控制軟件，以優(yōu)化斷電時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式，確保數(shù)據(jù)安全并降低出錯(cuò)的可能性（如圖 1 所示）。
   

   
   

   

   圖 3:PLP 功能延長(zhǎng)電源供電時(shí)間 (圖源：Qorvo)

總之，更高的集成度、靈活性和可靠性是 SSD 電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵要素。出色的 SSD 電源管理系統(tǒng)應(yīng)是集這三個(gè)要素于一身的差異化解決方案，Qorvo 公司的 ACT85411 電源管理 IC 便是這樣的解決方案。

PMIC+PLP 二合一解決方案

從基本的電源管理功能來(lái)看，ACT85411 具有 2.7V 至 14.8V 的寬輸入范圍，多軌輸出包括：兩個(gè) 10A（峰值 12A）的降壓調(diào)節(jié)器，輸出范圍為 0.6V 至 5.26V；一個(gè)低電流 5V 固定降壓調(diào)節(jié)器，可為高達(dá) 200mA 的內(nèi)部和外部負(fù)載供電；一個(gè) 1A 升降壓調(diào)節(jié)器，輸出范圍為 9.6V 至 16V；以及一個(gè) 200mA LDO。因此，ACT85411 完全可以滿足 SSD 系統(tǒng)多電源軌供電的要求。

同時(shí)，ACT85411 還配置了 6 個(gè)可編程 GPIO，用于狀態(tài)、時(shí)序控制、系統(tǒng)自動(dòng)放電和中斷?？梢哉f(shuō)，ACT85411 是 Qorvo 可編程 PMIC 產(chǎn)品線中一款功能全面、性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

ACT85411 更大的亮點(diǎn)在于，它在一個(gè) 6mm x 6mm 緊湊封裝中同時(shí)集成了 PMIC 和 PLP 功能，而傳統(tǒng)的 SSD 設(shè)計(jì)中這兩個(gè)功能是由兩顆獨(dú)立的 IC 分別實(shí)現(xiàn)的。

ACT85411 中的 PLP 功能電路包括一個(gè) eFuse 和背靠背 MOSFET，用于輸入與輸出之間的雙向隔離，這種設(shè)置可在熱插拔過(guò)程中控制浪涌電流以保護(hù)器件。位于 eFuse 之后的阻斷 MOSFET，將輸入總線與降壓 / 升壓調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)能電容器分離，確保即使在電容器失效時(shí)也能正常工作。該 MOSFET 還能夠在啟動(dòng)時(shí)以低電流為電容器充電。

在穩(wěn)定電源供電的情況下，PLP 中的降壓 / 升壓調(diào)節(jié)器作為升壓調(diào)節(jié)器工作，將電容器充電至高于輸入的電壓；而在發(fā)生斷電時(shí)，該調(diào)節(jié)器則會(huì)切換到降壓模式，從電容器中提取能量為系統(tǒng)供電。同時(shí)，一個(gè) ADC 以及電容器健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)電壓、電流、溫度和電容器狀況，以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

顯而易見(jiàn)，由于采用了獨(dú)特的 PMIC + PLP 二合一的架構(gòu)，基于 ACT85411 設(shè)計(jì)的 SSD 系統(tǒng)解決方案與傳統(tǒng)方案相比，架構(gòu)大為簡(jiǎn)化，更有利于減小 SSD 解決方案的尺寸、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，并優(yōu)化 BOM 和供應(yīng)鏈管理。

不斷擴(kuò)展的產(chǎn)品組合

值得一提的是，Qorvo 這種創(chuàng)新的 “PMIC+PLP” 高集成產(chǎn)品組合還在不斷擴(kuò)展，以滿足更多樣化的應(yīng)用需求。除了 ACT85411，ACT85610 也是一款值得推薦的產(chǎn)品。

ACT85610 具有 2.7V - 14V 的寬輸入范圍，提供三路 4A（峰值 6A）降壓輸出，一路 1A（峰值 3A）降壓輸出，一路升壓至 12V（1A）和一路 100mA 降壓輸出（帶 50mA LDO）。該器件包含六個(gè)可配置的 GPIO，并配有一個(gè)用于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的 12 位 ADC。

ACT85610 具有浪涌保護(hù)功能，同樣使用背對(duì)背 FET 在故障條件下隔離輸入電壓。其 PLP 功能在正常運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)集成升壓器將儲(chǔ)能電容充電至 31V，由于采用高電壓儲(chǔ)能，使用相對(duì)較小的電容就能實(shí)現(xiàn)所需的保持時(shí)間，有利于進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的外形尺寸。