這篇技術文章可作為MicroTCA電源系統的通用指南，適合那些對于電源系統設計有全面了解但初次接觸MicroTCA系統標準的工程師。它也適合那些已開始設計MicroTCA系統但想要詳細了解電源系統設計和如何選擇電源模塊設計的工程師。

中文編譯：上海愛立信-新泰電子有限公司產品管理部經理謝瑋

在當今信息和通信技術設備領域中，MicroTCA還是一個全新的架構。雖然它是從ATCA的架構中演化而來，但無論從產品和應用領域來講，還是有所不同的。本文在簡單闡述了兩者發展的歷史背景和關系之后，著重介紹了MicroTCA的供電架構以及電源模塊的重要性。尤其是在MicroTCA電源模塊內設計要素對于整個系統中必須考慮的關于性能、成本和可靠性因素的影響。本文內容對于OEM廠家或準備采用MicroTCA架構的使用者來說是有意義的，因為MicroTCA標準和規范中本身就包含了一些對于電源模塊要求的強制要求，如功能、接口、熱設計和機械設計等。同時對于電源模塊廠家來說，也提出了MicroTCA電源模塊設計的幾個關鍵點供進一步討論。總之，由電源廠家自身或由滿足客戶需求決定的設計方案較終會影響系統的整體性能。

這篇技術文章可作為對于MicroTCA電源系統的通用指南，適合那些對于電源系統設計有全面了解但初次接觸MicroTCA系統標準的工程師。它也適合那些已開始設計MicroTCA系統但想要詳細了解電源系統設計和如何選擇電源模塊設計的工程師。當然讀者在確定設計方案之前，必須參考根據較新的市場動態需求而較新發布的MicroTCA的規范。文中的內容只代表我們的觀點，當然也會有另外可行的方案存在。

歷史回顧

MicroTCA標準是由PICMG組織在2006年7月批準生效的，應用在信息和通信技術設備下一代開放式的設備平臺架構。它基本來源于早期的ATCA和AMC架構和技術，但又進行和系統設計優化和改進以適應更低功率要求的設備應用，如CPE和邊緣、接入層的設備。ATCA的標準早在2002年就存在了。ATCA的載板采用分布式的供電架構，輸入電壓為-48V，在板的內部包含了功率控制和轉換以及部分的二次電壓轉換。其他的二次電壓轉換是在AMC板卡內部實現的，而AMC板卡又是插裝在ATCA載板上的。一個ATCA系統機架中包含了一些載板。如在13U高19英寸機架中較多可插14塊載板，而符合ETSI標準的600毫米寬機架中可插16塊載板。

在MicroTCA中，所有的負載實際就是AMC板卡。對于已使用ATCA架構的用戶來說，采用AMC板卡作為兩種不同架構設備的通用中間介質，可以有效降低開發成本。單從AMC板卡本身可生產性和成本角度考慮，經濟利益也是可觀的。由于不用再開發單獨應用在MicroTCA架構的AMC板卡，減少了模塊的種類，對于加快產品推向市場的時間以及將來減少備件成本都有積極意義。在MicroTCA系統中較關鍵的是電源模塊，由于并不在需要ATCA架構中的載板，因此MicroTCA電源模塊承擔了功率轉換和控制的功能。MicroTCA系統也可以安裝在19英寸系統中，較大可支持6U高的大系統，也可以是小系統。

圖1表示了兩種系統。AMC模塊是兩種系統中的通用模塊，在MicroTCA系統中它將被直接插裝在背板上，在ATCA系統中它將被插裝在載板上，而載板是插在ATCA系統的背板上。在下節內容中將分別對兩種架構的相同點和不同點進行闡述，以加深理解。

圖1. AMC模塊分別在ATCA和MicroTCA系統中的應用。

架構分析

下述內容提供了對于ATCA和MicroTCA兩種系統關于架構和電源分配的基本介紹。實際的系統規范應隨時參照較新發布的更詳細的信息。

AdvancedTCA

圖2顯示了ATCA系統的典型電源架構。有些電源轉換是在單獨的載板之前發生的，如交流/直流轉換和電池備份一般在集中供電的地方完成。－48V電源功率被分配到單獨的ATCA機架。在每一層機架，電源輸入模塊（PEM）用來提供濾波和瞬態抑制。然后單獨且備份的－48V將連接到機架背板，背板是作為機架層的電源分配和每一個載板內的功率轉換的接口。

在每一個載板內提供了保險、“或”二極管、瞬態電流抑制、濾波、保持電容和對于－48V輸入電壓的檢測。在每塊載板中都可看作為一個可靠的小電源系統，就如同讀者熟知的中間母線架構系統（IBA）。主要的隔離直流/直流轉換器一般選擇輸出電壓為12V，一方面12V輸出中間母線電壓模塊在市場上是成熟的，另一方面AMC模塊本身也需要12V電壓作為輸入。根據ATCA規范，每一塊載板的功耗在200W以下。

在ATCA規范中，負載功率被稱為“有效載荷”。在載板中包含直接安裝在PCB板上的有效載荷電路，可以通過一個或多個負載點電源（POL）把12V的中間母線電壓轉換到有效載荷需要的低電壓。另一個選項是把一個或多個AMC模塊安裝在載板上。這些AMC模塊需要12V作為輸入電壓。然后在AMC模塊內部進行負載點電源的電壓轉換。

圖2. 典型的ATCA電壓系統框圖。

圖3. ATCA載板包含AMC模塊示意圖。

另外一個對于每一塊載板都必須有的功能就是電源控制，每一塊載板所包含的智能平臺管理控制器（IPMC）就是實現這個功能。在規格中要求載板作為使用控制電路較大功率10W，同時控制電路要求承擔同機架層管理進行通信，明確電源啟動的先后順序。要滿足這個需求，可以使用一個隔離的3.3V輸出的直流/直流轉換器在每個載板中，對智能平臺管理控制器供電，也可以作為每個AMC模塊的管理器件部分的供電。通過這種方式，在IPMC啟動這個載板的有效載荷之前，AMC板卡的管理器件部分已得到了供電。另外，載板電源控制部分對于每個AMC板卡必須包含電壓監控、電流限流、時序和熱插拔控制功能。

因此每個載板運行需要高性能的電源轉換和控制功能，主要針對輸入電源部分以及存在于載板或AMC模塊中的有效載荷電源部分。這個高性能的載板功能如圖3所示。載板是水平架構280毫米深以及322毫米高。在例子中，包含了從－48V的直流/直流轉換到中間母線電壓，然后作為兩個AMC模塊的輸入。這個母線電壓也可以作為載板上負載點調整器的輸入電壓。

MicroTCA

MicroTCA應被看作為ATCA系統的完善而不是替代。MicroTCA在特定的應用市場有它的優點。對于那些并不需要大功率以及低端應用設備來說，比如邊際網、接入和CPE設備，MicroTCA是有吸引力的，主要優點是更小的結構尺寸和更低的硬件成本。雖然體積更小以及成本更低，但對于MicroTCA系統的典型可靠性要求同那些使用ATCA架構的設備是一樣的。一些基本的功能要求，如電源轉換和控制也是必須的。在兩種架構之間主要的不同點之一是電源系統集中和物理配置的程度不同。

在ATCA架構中，所有的電源轉換功能存在于每個載板中。同時有效載荷電路可以靈活地配置在AMC模塊和載板PCB或兩者兼而有之。而MicroTCA架構則簡化為要求所有的有效載荷都存在在AMC模塊中，而集中所有的主要電源轉換和控制在由一個或多個MicroTCA電源模塊組成的子系統中。整體的MicroTCA系統圖如圖4所示。一個完整的MicroTCA系統規格如下：“一個較小的MicroTCA系統包含至少一個AMC模塊，至少一個MicroTCA網絡集線器載板（MCH），以及互連、電源、冷卻模塊以及支持它們的機械結構。”如圖所示的系統支持較多12塊包含有效載荷電路的AMC模塊，每個AMC模塊需要特定的從20到80瓦之間的有效載荷功率。按照MicroTCA規范規定：“不同的功能單元支持完成系統不同的功能。例如AMC模塊需能安裝在MicroTCA機架上，包含CPU、DSP器件、包處理器、存儲器，以及不同種類的AMC模塊I/O接口（包括金屬和光器件、射頻器件，以及同其他盒式設備的接口）。”MCH模塊提供了對于所有的AMC模塊的交互控制功能。另一個備份的MCH模塊經常用于高有效性要求的系統。同樣，有時也會使用另一個備份的冷卻系統。背板是用來作為所有這些元件的互連的機械平臺。而電源模塊是整個MicroTCA系統的非常關鍵的部件。它用來作為對所有子系統模塊的集中供電，功率轉換和控制。一般來說在一個簡單的MicroTCA系統中會使用一到四個電源模塊。使用超過一個以上的電源模塊要么是滿足電源功率需求，要么是滿足備份需求。

圖4. MicroTCA架構概覽（紅色為電源系統部分）。

圖5. 包含AMC模塊和電源模塊的MicroTCA機架。

MicroTCA的規范提供了非常清晰的對于使用電源模塊的目的和功能描述：“MicroTCA電源模塊實現從輸入電壓到12V電壓轉換，給每個AMC模塊提供有效載荷電源。AMC模塊所需的3.3V管理電源同樣由電源子系統提供。電源模塊的電源控制邏輯表現為時序控制、保護和隔離功能。電源子系統是由載板管理器所控制的，它確保在每個電源通道使能之前有足夠的電源功率去驅動。”“電源模塊同樣包含了必要的監控功能以管理電源子系統。它們有檢測AMC、MCH和冷卻模塊存在，以及給每個電源分支上電的電路。電源模塊還要監控每一支路的電源質量并確保它們不過載。如果配置了一個冗余電源模塊，當一次電源模塊失效時，冗余電源模塊將自動擔負起其的供電備份功能。”電源模塊需擔負起較多為12個AMC模塊的有效載荷和管理部分器件供電，還要能為較多2個冷卻模塊和兩個MCH模塊供電。因而，許多電源模塊被設計為能較多支持16路輸出電源通道，或當有效載荷和管理部分電源分開時較多支持32路通道。