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PCEVA评测室_生在电容丛中的芯片:固态硬盘上的电源管理芯片有什么用?

由PCEVA评测室发表于2021-07-09 16:45:09

SSD中的“第四大件”:

主控、NAND闪存和DRAM缓存被称为SSD的三大件,很多SSD上还有第四种芯片:PMIC电源管理芯片。

电源管理芯片相比“三大件”的体积要小很多,而且经常藏身于电容和电阻堆中,并不十分引人注意。下图红圈内就是速柏CP5000 PCIe 4.0固态硬盘中的PS6108电源管理芯片。

如果仔细观察,在速柏CP2000固态硬盘中也能看到更小一号的PS6103电源管理芯片(下图红圈内所示)。

和DRAM缓存一样,电源管理芯片并不是SSD的必选配置,没有它的存在SSD一样能够工作。不过越是高端的固态硬盘上,我们越有机会发现电源管理芯片的身影。特别是在一些布局紧凑的单面PCB设计M.2 SSD上,它出现的机会更大。


SSD中形形色色的PMIC:

群联的公版方案中使用了它自己设计的PS601x电源管理芯片,而在其他一些主控中我们还能见到更多样式的电源管理芯片(PMIC)。下图红圈内是建兴T12固态硬盘的ACT88325电源管理芯片。其上的“S”是Active Semi技领半导体的标志,目前技领半导体已经被Quarch科沃收购。

下图红圈内是浦科特M8VG的电源管理芯片,虽然外观有很大的不同,其实这也是Active Semi的产品,型号为ACT8870。

以上两个例子有一个共同点,它们PCB上的元件布局都非常的紧凑。M8VG在PCB的一面上布置了一颗慧荣SM2258主控、一颗DRAM缓存、四颗东芝NAND闪存颗粒。建兴T12拥有M.2 2230(T12 EVO)、M.2 2242(T12 Plus)、M.2 2280(T12)三种变体(图片中是M.2 2280的T12),对电源转换电路的空间限制也非常的明显。拥有专门供电管理芯片的情况下,供电转换电路会相对更省空间,这在大容量M.2固态硬盘上优势明显。


在空间不是特别紧张的2.5寸固态硬盘中也是有机会发现电源管理芯片的,譬如下图中的浦科特M8VC,因为它跟M8VG的关系,为了方便固件设计,采用了类似的ACT88320电源管理芯片。


供电管理芯片的作用:

2.5寸固态硬盘使用5V供电(个别SSD还同时需要12V供电)、M.2接口的固态硬盘(包括SATA和NVMe协议)则使用3.3V供电。


输入端只有一种电压,而内部元器件的电压需求多种多样。以闪存颗粒来说,它就同时需要3.3V的Vcc(核心电压)和1.2V的VccQ(IO电压),为了提高写入和擦除速度,部分闪存还会要求提供12V的Vpp供电。


鉴于“众口难调”,SSD中就需要有DC/DC供电转换电路,这其中可能会同时涉及到线性稳压、开关降压、开关升压电路。

为了简化设计难度、提升电源转换效率及响应速度,具备电压转换、过压/欠压、过流保护以及断电保护等诸多功能的供电管理芯片应运而生。

上图是Quarch科沃的电源管理芯片功能框图,它可以接受12V、5V或3.3V电压输入,并输出多路电压给主控、DRAM缓存及NAND闪存使用。图中左侧中间虚线框内是可选的断电保护电容,在特定的电源芯片中可以提供断电检测和响应功能,这时电源管理芯片还需要通过I2C总线和SSD主控通信,让主控完成相应的数据保护工作。


使用电源管理芯片可以简化供电转换电路,减少所需的元件数量并节省PCB上的宝贵空间。下图是科沃提供的一个示例,通过使用供电管理芯片,占用142平方毫米空间、57个元器件的供电电路被缩减到49.4平方毫米、17个元器件。供电管理芯片还能提高供电转换效率,实现更低的功耗目标,为低碳环保、降耗降温提供帮助。


电源管理芯片内集成了多种电压调节功能,并且可以通过固件升级进行调整,这就给SSD设计厂商提供了非常高的灵活性。


以上就是对SSD中电源管理芯片功能的介绍。电源管理芯片的优点很多,在固态硬盘中的应用也越来越普遍。如果你在SSD主控旁的贴片电容/电阻堆中发现了一个特别的小芯片,没准就是它了。

作者:PCEVA评测室

公众号:PCEVA评测室

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0Mjk0NzcxNw==&mid=2247492687&idx=2&sn=7f822e5579baafbf6df15cfc2c7d2db7&chksm=fb1044a5cc67cdb32266a13e6cbcaa957a47b3eecf0073dd2b8b0cb8b7ef05dffb6af2a25ef0&scene=0&xtrack=1#rd

发布时间:2021-07-09 16:45:09

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