靈活高效的數(shù)字解決方案滿足新興電源管理需求

然而，如今對高效、可靠的電源管理的需求正以比摩爾定律的發(fā)展速度快得多的速率迅猛增長。面向計算和通信應用的主要處理器件包含了數(shù)十億個晶體管，這些器件對電源的要求更加精確和復雜。

在數(shù)據(jù)通信領域，出現(xiàn)了采用36至40個電壓軌的電路板。在計算應用中，主板常常利用超過20個電壓軌為各種ASIC、存儲器和處理器芯片組提供電源。這種復雜度要求對多種不同的參數(shù)進行精密的診斷、控制和監(jiān)視，而這是模擬PWM力所不及的。典型的解決辦法是添加一個單獨的微控制器，但這會大幅提高系統(tǒng)成本和設計復雜度，同時還會占用日趨小巧的電路板上的寶貴空間。

系統(tǒng)效率

精密控制必然引起另一個問題：系統(tǒng)效率。諸如與日俱增的燃料成本和環(huán)境壓力等外部因素，進一步突出了效率的重要性。

計算應用進行數(shù)據(jù)處理所耗用的電力不足其總功耗的50%，散熱和系統(tǒng)損耗等浪費了大部分電源。最終結(jié)果是，浪費的每瓦電力都提高了應用的總占有成本，增加了全球能源消耗。如果不能測量和診斷系統(tǒng)，就幾乎不可能實時提高效率。典型的模擬電源解決方案是一個黑匣子，不提供任何診斷信息。

面對日益加劇的價格壓力，設計師越來越多地尋求不是通過獨立微處理器執(zhí)行電源診斷，而是整合了該功能的電源解決方案。他們希望利用經(jīng)濟高效的解決方案來監(jiān)視芯片的電流、電壓、溫度和功率效率。系統(tǒng)設計師希望其電源能夠針對每個電壓軌，提供故障報告，與PWM控制器進行I2C通信以及靈活編程個性化參數(shù)。

這一切導致了一個簡單結(jié)論：市場發(fā)展動力和客戶需求意味著模擬解決方案的摩爾定律進步速度滯后于當前的客戶需求。滿足當前需求的唯一途徑是轉(zhuǎn)向數(shù)字電源解決方案(圖1)。

圖1. 電源管理控制器框圖滿足了當前對轉(zhuǎn)向數(shù)字電源解決方案的需求。

有些市場已經(jīng)開始了從模擬到數(shù)字的過渡。例如，要滿足服務器和高端顯卡對電源的復雜要求，就必須采用數(shù)字電源。其他市場也在逐步轉(zhuǎn)變。起初，這個決定只是簡單地出于成本考慮。模擬PWM非常成熟、歷經(jīng)檢驗并且價格低廉。改用數(shù)字解決方案會增加系統(tǒng)的總成本。但是現(xiàn)在，成本等式已經(jīng)改變?？紤]到系統(tǒng)智能、故障處理和其他可編程特性，到頭來模擬解決方案的成本反而高于數(shù)字解決方案。對于像數(shù)字通信這樣的市場，模擬解決方案及其所需的額外芯片也不能滿足其空間要求。

數(shù)字解決方案

同許多新技術(shù)一樣，轉(zhuǎn)變都會遇到抵觸。這種抵觸是人之常情，抵觸的力量會隨著時間的流逝而減弱。不幸的是，除這種對轉(zhuǎn)變自然而然的抵觸之外，還有兩個主要的誤解困擾著數(shù)字電源解決方案。

第一個誤解，圍繞著成本問題。當開發(fā)人員權(quán)衡他們的選項，意識到現(xiàn)在用與模擬解決方案相同的成本就能實現(xiàn)數(shù)字電源管理的所有益處時，這個誤解就會迎刃而解。

第二個誤解更加惱人，這也是廣泛采用數(shù)字電源解決方案所面臨的最嚴峻的障礙。這個誤解認為，數(shù)字解決方案如此復雜，因此，為特定應用進行定制需要進行大量培訓，并且設計周期很長。花大量時間進行設計是否值得？可能有人認為值得，不過，幸運的是，設計師不必做出這個選擇。新近問世的數(shù)字電源管理解決方案讓設計師感覺不到其復雜性。

就像PC用戶在使用應用程序時不需要知道其底層的代碼，電源設計師在利用數(shù)字電源解決方案時也不需要了解其編程。這促進了這項技術(shù)的推廣。

先期應用者往往是熱衷于一探究竟的技術(shù)專家。然而，要得到普遍采用，必須通過更好、更直觀的用戶界面，隱蔽其復雜性。最新一代數(shù)字電源IC為數(shù)字電源解決方案帶來了希望。它可以與負責在電源管理的主板級和機架級協(xié)調(diào)電源的處理器、ASIC和微處理器進行雙向通信(圖2)。

圖2. 最新一代數(shù)字電源IC可以與負責協(xié)調(diào)電源的處理器、ASIC和微處理器進行雙向通信。

將模擬信息數(shù)字化之后，可以對每一條信息進行乘、除、加運算、傳輸、補償、過濾以及存儲。由于數(shù)字算法決定了整個芯片的技術(shù)規(guī)格和性能，因此，這些數(shù)字電源IC還可以實現(xiàn)非線性和異步算法，以改善瞬態(tài)性能。

全部數(shù)據(jù)都已數(shù)字化，因此，很容易通過I2C總線傳輸這些信息。此外，這項技術(shù)也可以輕松適應未來的高速通信總線，實現(xiàn)高達33MHz或66MHz的總線速率。得益于這些架構(gòu)性功能，能夠滿足復雜的系統(tǒng)要求的數(shù)字電源IC將在今后十年大顯身手。

圖形化用戶界面

數(shù)字電源IC解決方案也為系統(tǒng)設計師提供了靈活性。利用軟件，可以全面設置電源設計的補償、設置點、OCP電平、OVP電平和所有主要參數(shù)。通過一個直觀的圖形化用戶界面(GUI)，設計師可以優(yōu)化特定設計的輸出電容和電感，而不必更換電路板上的電阻器或電容器。電源解決方案的設計實現(xiàn)無需更換分立式元件。最終的結(jié)果是不僅提高了系統(tǒng)靈活性，而且也縮短了最終產(chǎn)品的上市時間。

此外，產(chǎn)品一經(jīng)部署，就可以實現(xiàn)元件老化和溫度漂移校準。在數(shù)字電源IC中，可以針對每一條電壓軌進行單獨設計和編程?？梢暂p松地將數(shù)字電源IC實現(xiàn)為多個相位，并且與各相位的同步時間并行運行，這樣就能降低EMI干擾信號，以便輕松過濾。降低了rms輸入電流，減少了所需的輸入電容。同樣地，是通過軟件而不是硬件，實現(xiàn)了靈活性和定制設計。

實現(xiàn)上述所有特性的關(guān)鍵是直觀的圖形化用戶界面(GUI)?，F(xiàn)在，即使不熟悉數(shù)字電源管理的設計師也能按照屏幕顯示的各種選擇，一步一步輕松編程輸出電壓、電流、故障、回路補償?shù)腜ID系數(shù)以及其他主要功能。

設計師可以編程主板上的各個電壓軌，單獨設置每個電壓軌的定時、跟蹤、上升時間和可編程延遲。這樣，數(shù)字電源IC不僅可以實現(xiàn)PWM控制，而且可以對具備多個電壓軌的電路板進行全面的電源管理，并與系統(tǒng)進行實時通信。

提供圖形化用戶界面(GUI)看起來微不足道，但其實有重要意義。就像更好的用戶界面促進了Linux系統(tǒng)的推廣，直觀的圖形化用戶界面(GUI)也縮短了數(shù)字電源管理解決方案的設計時間，消除了設計師在這方面的成本顧慮。數(shù)字電源IC不僅是當今的芯片技術(shù)提供的先進解決方案，同時也是最經(jīng)濟劃算的解決方案。