高性能計算的發(fā)展，也推動著存儲技術(shù)的演進，這些年固態(tài)硬盤（SSD）市場的火熱，就是一個例證。

SSD是用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的大容量存儲設(shè)備，與傳統(tǒng)的機械硬盤（HDD）相比，其具有讀寫速度快、功耗低、無噪音、輕便小巧、防震抗摔性強等優(yōu)勢，因此正在快速滲透到從數(shù)據(jù)中心到便攜硬盤等各類數(shù)據(jù)存儲應用。根據(jù)Yole Group的預測，到2028年，全球SSD市場規(guī)模預計將增長到670億美元。

SSD電源管理系統(tǒng)設(shè)計三要素

如果我們拆解一塊SSD，不難發(fā)現(xiàn)，其沒有HDD那樣復雜昂貴的機械裝置，內(nèi)部架構(gòu)十分簡潔，主要包括主控芯片、輔助主控芯片進行數(shù)據(jù)處理的緩存芯片，以及用于存儲數(shù)據(jù)的閃存芯片。同時，對于SSD這類需要高速、穩(wěn)定“運轉(zhuǎn)”的設(shè)備，可靠的電源管理也不可或缺。這也是本文探討的重點。

圖1：典型的企業(yè)級SSD內(nèi)部架構(gòu)（圖源：Qorvo）

具體來講，SSD電源管理系統(tǒng)的設(shè)計，需要考慮三方面的因素：

01高集成

SSD中不同的電子組件需要多個電源軌為其供電，與此同時有限的空間又不允許電源管理系統(tǒng)占用太大PCB面積，因此基于分立器件的電源管理方案顯然會面臨更大的挑戰(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)計更為理想的選擇。

02靈活性

傳統(tǒng)的PMIC雖然具有高集成、小尺寸的優(yōu)勢，但卻有一個“短板”，即不夠靈活——其通常更適合特定產(chǎn)品的電源架構(gòu)要求，而當應用場景和設(shè)計規(guī)格發(fā)生變化時，則不再適用；而分立式電源系統(tǒng)，則可以通過簡單調(diào)整電阻等外圍元件對方案進行微調(diào)，以適應新的設(shè)計要求。

為了補齊這一短板，今天很多優(yōu)秀的PMIC產(chǎn)品已經(jīng)進化出了“可編程”的特性，即在相同的硬件架構(gòu)下，用戶可對PMIC進行實時動態(tài)編程，也可在PMIC出貨前根據(jù)客戶的規(guī)格要求對其進行定制設(shè)置。這意味著，在保有高集成優(yōu)勢的同時，同一款高性能 PMIC 可適用于多種產(chǎn)品變體或不同產(chǎn)品線，為設(shè)計開發(fā)帶來更大的靈活性。一個可編程PMIC在系統(tǒng)設(shè)計上展現(xiàn)出的優(yōu)勢，如下圖所示。

圖2：可編程PMIC顯著簡化BOM并減小方案尺寸（圖源：Qorvo）

03可靠性

與其他應用不同，SSD的電源系統(tǒng)對于可靠性有著更為苛刻的要求，以避免數(shù)據(jù)存儲過程中完整性和安全性上的風險。

為此，PLP（掉電保護）是一個不可或缺的功能，其原理是通過使用特殊PLP電容器存儲足夠的能量，在系統(tǒng)斷電時利用這些能量，為系統(tǒng)提供額外的運行時間，以便安全地將數(shù)據(jù)從驅(qū)動器的臨時存儲移動到永久存儲器，確保數(shù)據(jù)在系統(tǒng)重新通電后仍然存在且可訪問。

為了實現(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)化斷電時數(shù)據(jù)寫入方式，確保數(shù)據(jù)安全并降低出錯的可能性（如圖1所示）。

圖3：PLP功能延長電源供電時間（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)計的三個關(guān)鍵要素。出色的SSD電源管理系統(tǒng)，一定是能夠集三個要素于一身的差異化解決方案。來自Qorvo公司的ACT85411電源管理IC，就是這樣的解決方案。

圖4：ACT85411電源管理IC（圖源：Qorvo）

PMIC+PLP二合一解決方案

從基本的電源管理功能來看，ACT85411具有2.7V至14.8V的寬輸入范圍，多軌輸出包括：兩個10A（峰值12A）的降壓調(diào)節(jié)器，輸出范圍為0.6V至5.26V；一個低電流5V固定降壓調(diào)節(jié)器，可為高達200mA的內(nèi)部和外部負載供電；一個1A升降壓調(diào)節(jié)器，輸出范圍為9.6V至16V；以及一個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，ACT85411還配置了6個可編程GPIO，用于狀態(tài)報告、時序控制、系統(tǒng)自動放電和中斷?？梢哉f，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。

圖5：ACT85411系統(tǒng)框圖（圖源：Qorvo）

不過，進一步觀察我們會發(fā)現(xiàn)ACT85411更大的亮點——在一個6mm x 6mm緊湊封裝中，同時集成了PMIC和PLP功能，而傳統(tǒng)的SSD設(shè)計中，這兩個功能是由兩顆獨立的IC分別實現(xiàn)的。

圖6：ACT85411在單個封裝集成了PMIC和PLP（圖源：Qorvo）

如圖6所示，ACT85411中的PLP功能電路包括一個eFuse和背靠背MOSFET，用于輸入與輸出之間的雙向隔離，這種設(shè)置可在熱插拔過程中控制浪涌電流以保護器件。位于eFuse之后的阻斷MOSFET，將輸入總線與降壓/升壓調(diào)節(jié)器和儲能電容器分離，確保即使在電容器失效時也能正常工作。該MOSFET還能夠在啟動時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，該調(diào)節(jié)器則會切換到降壓模式，從電容器中提取能量為系統(tǒng)供電。

同時，一個ADC以及電容器健康監(jiān)測系統(tǒng)會檢測電壓、電流、溫度和電容器狀況，以確保系統(tǒng)的可靠運行。

顯而易見，由于采用了獨特的PMIC + PLP二合一的架構(gòu)，基于ACT85411設(shè)計的SSD系統(tǒng)解決方案，與傳統(tǒng)的方案（參見圖1）相比，架構(gòu)大為簡化，更加有利于減小SSD解決方案的尺寸、縮短設(shè)計時間，并優(yōu)化BOM和供應鏈管理。

圖7：基于ACT85411的SSD系統(tǒng)方案（圖源：Qorvo）

不斷擴展的產(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，還在不斷擴展中，以滿足更多樣化的應用所需。除了ACT85411，ACT85610也是值得推薦的一款產(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)。該器件包含六個可配置的 GPIO，并配有一個用于系統(tǒng)監(jiān)測的12位ADC。

ACT85610具有浪涌保護功能，同樣使用背對背FET在故障條件下隔離輸入電壓。其PLP功能在正常運行時，可通過集成升壓器將儲能電容充電至 31V，由于采用高電壓儲能，因此使用相對較小的電容就能實現(xiàn)所需的保持時間，有利于進一步優(yōu)化系統(tǒng)的外形尺寸。

圖8：ACT85610系統(tǒng)框圖（圖源：Qorvo）

本文小結(jié)

今天，SSD已經(jīng)成為數(shù)據(jù)存儲市場中的新寵，市場競爭也日趨激烈。SSD產(chǎn)品在存儲容量、速度等核心性能指標上的狂飆，少不了高集成、高靈活、高可靠電源系統(tǒng)的支撐。

在這一需求的推動下，整合PLP與PMIC的高度集成的解決方案應運而生。而Qorvo正是這一趨勢的積極踐行者，推出了以ACT85411為代表的創(chuàng)新電源管理產(chǎn)品，為高性能計算系統(tǒng)中SSD的可靠運行，構(gòu)建了經(jīng)濟高效且功能豐富的電源解決方案。