靈活的數(shù)字解決方案滿足新興電源管理需求

　　過去，面向計算和通信應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換IC的實現(xiàn)非常簡單。模擬脈沖寬度調(diào)制(PWM)IC只有兩個任務(wù)：輸出功率和調(diào)節(jié)電壓。諸如監(jiān)視或診斷等其他功能被視為不必要。在極少數(shù)需要這些功能的情況下，則可以通過外接芯片實現(xiàn)。

　　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(yīng)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(fù)雜。

　　在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，出現(xiàn)了采用36至40個電壓軌的電路板。在計算應(yīng)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(fù)雜度要求對多種不同的參數(shù)進(jìn)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(shè)計復(fù)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(jìn)一步突出了效率的重要性。

　　計算應(yīng)用進(jìn)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(yīng)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(shè)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(shè)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(jìn)行I2C通信以及靈活編程個性化參數(shù)。

　　這一切導(dǎo)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(jìn)步速度滯后于當(dāng)前的客戶需求。滿足當(dāng)前需求的唯一途徑是轉(zhuǎn)向數(shù)字電源解決方案(請參閱圖1)。

　　圖1. 電源管理控制器框圖滿足了當(dāng)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(wù)器和高端顯卡對電源的復(fù)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(dāng)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(yán)峻的障礙。這個誤解認(rèn)為，數(shù)字解決方案如此復(fù)雜，因此，為特定應(yīng)用進(jìn)行定制需要進(jìn)行大量培訓(xùn)，并且設(shè)計周期很長?；ù罅繒r間進(jìn)行設(shè)計是否值得?可能有人認(rèn)為值得，不過，幸運的是，設(shè)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(shè)計師感覺不到其復(fù)雜性。

　　就像PC用戶在使用應(yīng)用程序時不需要知道其底層的代碼，電源設(shè)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(jìn)了這項技術(shù)的推廣。

　　先期應(yīng)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(fù)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(fù)責(zé)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(jìn)行雙向通信(請參閱圖2)。

　　圖2. 最新一代數(shù)字電源IC可以與負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電源的處理器、ASIC和微處理器進(jìn)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(jìn)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(yīng)未來的高速通信總線，實現(xiàn)高達(dá)33 MHz或66 MHz的總線速率。得益于這些架構(gòu)性功能，能夠滿足復(fù)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(shè)計師提供了靈活性。利用軟件，可以全面設(shè)置電源設(shè)計的補償、設(shè)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(shè)計師可以優(yōu)化特定設(shè)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(shè)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(zhǔn)。在數(shù)字電源IC中，可以針對每一條電壓軌進(jìn)行單獨設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計師可以編程主板上的各個電壓軌，單獨設(shè)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(jìn)行全面的電源管理，并與系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(shè)計時間，消除了設(shè)計師在這方面的成本顧慮。數(shù)字電源IC不僅是當(dāng)今的芯片技術(shù)提供的先進(jìn)解決方案，同時也是最經(jīng)濟劃算的解決方案。