選擇數(shù)字電源集成電路（IC）的秘訣

數(shù)字負(fù)載點(diǎn) (POL) 系統(tǒng)控制器

這些器件中具有代表性的是UCD92xx系列數(shù)字POL控制器。它們?yōu)镻OL設(shè)計人員提供極高程度的可配置性。借助于可輕松獲得的極高靈活性，系統(tǒng)設(shè)計人員能夠快速配置POL的輸出和相位，以滿足他們的特定設(shè)計需要。高級POL能夠控制多達(dá)4個輸出電源軌，和最多8個相位。電源子系統(tǒng)控制環(huán)路的數(shù)字控制可確保對輸入電壓和負(fù)載電流變化的快速響應(yīng)。在需要時，UCD92xx系列可被配置為提供非線性響應(yīng)。電源子系統(tǒng)中的低延遲可以對系統(tǒng)的總體性能產(chǎn)生正面影響，并且有可能通過免除對特定儲能電容器等額外單獨(dú)功率組件的需要來降低成本、減少組件數(shù)量。UCD92xx器件的數(shù)字電源管理功能可以在具有很多電源軌的復(fù)雜高電流多相位應(yīng)用中集成更多的精密排序過程。設(shè)計人員可以為系統(tǒng)中的不同電源軌周密地指定并輕松部署最有效地加電和斷電序列。

開發(fā)工具

通過一款具有直觀Fusion Digital Power Designer的綜合電源工具系列、領(lǐng)先用戶界面和業(yè)內(nèi)電源工具的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，TI的POL控制器能夠提供快速原型機(jī)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)。借助Fusion，設(shè)計人員能夠監(jiān)視電源性能，并在運(yùn)行中重新配置參數(shù)，以快速找到最有效的實(shí)現(xiàn)方式。

應(yīng)用

UCD92xx控制器特別適合于那些需要進(jìn)行大量電源軌穩(wěn)壓和多相位調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。高速企業(yè)網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng)、電信和無線基站開關(guān)，以及高數(shù)據(jù)吞吐量測試以及諸如自動測試設(shè)備 (ATE) 的測量系統(tǒng)等會有此類系統(tǒng)。通常情況下，這些類型的系統(tǒng)特有現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、特定用途集成電路 (ASIC) 或其它需要大量電源軌的復(fù)雜邏輯器件。

用例分析

某些復(fù)雜的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng)和高數(shù)據(jù)吞吐量電信開關(guān)最多可支持300個電源軌，每個電源軌均需要通過電源控制環(huán)路的非線性、低延遲響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密穩(wěn)壓。UCD92xx控制器監(jiān)視電源運(yùn)行并對異常情況作出快速反應(yīng)，以保持高系統(tǒng)性能。

具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器

某些電源設(shè)計無需高度的可編程性或配置性，所以模擬電源管理器件可以滿足電力轉(zhuǎn)換的要求。然而，通常會有利用諸如系統(tǒng)電源管理等數(shù)字電源的某些功能的需求。集成PMBus接口可以滿足這一需求。這將有助于減少組件數(shù)量和降低物料清單 (BOM) 成本。對于此類工程師，具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器提供了熟悉的解決方案并確保了快速的設(shè)計周期。具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器可以作為數(shù)字電源設(shè)計的第一步。設(shè)計人員可以保留之前采用的模擬電源架構(gòu)，而同時又充分利用數(shù)字電源管理所具有的某些優(yōu)勢。TI的SWIFTTM TPS轉(zhuǎn)換器是業(yè)內(nèi)一款獨(dú)一無二的產(chǎn)品。支持高達(dá)30A的高轉(zhuǎn)換器功能，它們是唯一具有數(shù)字PMBus接口和集成模擬金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的轉(zhuǎn)換器。通過將數(shù)字和模擬電路組合在一起，SWIFT器件能夠提供針對外部功率級的大量保護(hù)特性。這些產(chǎn)品的不同分類在提供額外可配置電源管理功能的同時，滿足了特定的電力轉(zhuǎn)換要求。例如，此類集成可實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓和過流保護(hù)。此外，還集成了諸如溫度軟故障的電源管理功能，此功能在溫度超過特定限值時，相應(yīng)地縮小電流值，而不是完全關(guān)閉功率級。片上資源使得設(shè)計人員能夠針對抗擾度和瞬態(tài)響應(yīng)來對他們的拓?fù)溥M(jìn)行微調(diào)。

SWIFT轉(zhuǎn)換器上所包含的PMBus接口使得系統(tǒng)能夠密切監(jiān)視關(guān)鍵輸出參數(shù)，其中包括電壓和電流，并對這些參數(shù)的變換作出快速響應(yīng)。此外，可通過PMBus接口來連接可選外部溫度感測功能。

開發(fā)工具

TI的Fusion Digital Power Designer工具為SWIFT轉(zhuǎn)換器提供直觀的編程界面，而WEBENCH? 工具使得開發(fā)人員在一個工具內(nèi)仿真和修改他們的設(shè)計工具。EVM和開發(fā)板的主機(jī)與Fusion和WEBENCH工具協(xié)同工作，以加快原型機(jī)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)過程，從而極大地減少總體開發(fā)時間。

應(yīng)用

SWIFT器件的高性能模擬電力轉(zhuǎn)換和數(shù)字電源管理功能非常適合于通信和網(wǎng)絡(luò)互連、個人和企業(yè)計算、工業(yè)自動化和過程控制、以及固態(tài)存儲系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用。

用例分析

由于它們的高集成度和高性能、低Rds(on)、NexFET技術(shù)、PowerStackTM單接地墊封裝、小封裝尺寸、高開關(guān)頻率、以及擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)的嚴(yán)密負(fù)載穩(wěn)壓，PMBus SWIFT DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)被廣泛部署在有線和無線通信設(shè)備中，諸如基站基帶設(shè)備、遠(yuǎn)程射頻裝置微基站、10Gb/40Gb以太網(wǎng)開關(guān)，以及功率密度和熱性能為優(yōu)先設(shè)計考慮因素的企業(yè)存儲系統(tǒng)。還包括一些全新應(yīng)用，如高端可編程邏輯控制器和軟件定義無線電等工業(yè)和太空/國防應(yīng)用。

數(shù)字電源排序器

數(shù)字電源排序器具有可編程性和高集成度，因此是適用復(fù)雜多軌系統(tǒng)的簡單、成本有效解決方案。在這些多軌系統(tǒng)中，大量電源軌的排序和監(jiān)視較難實(shí)現(xiàn)。而借助針對PMBus、I2C或SMBus的集成ADC和數(shù)字通信接口，數(shù)字電源排序器可以簡化硬件架構(gòu)，從而為經(jīng)優(yōu)化的電源排序器提供一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，PMBus。因此，減小了系統(tǒng)尺寸也降低了成本。

能夠監(jiān)視和排序最多24條電源軌的TI UCD9xxx數(shù)字排序器是業(yè)內(nèi)功能最強(qiáng)大的此類器件。它們包含大量的功率級保護(hù)特性，其中包括過壓、欠壓和過流保護(hù)。當(dāng)內(nèi)部溫度傳感器感測到功率級的溫度過高時，UCD9xxx排序器能夠相應(yīng)地降低電流值，而不是完全關(guān)閉轉(zhuǎn)換器。此外，備用的通道可被設(shè)定為控制系統(tǒng)外設(shè)，比如說通過PWM進(jìn)行控制的風(fēng)扇。

圖3. 高性能企業(yè)開關(guān)PMBus電源解決方案

開發(fā)工具

Fusion Digital Power Designer為開發(fā)人員提供一個直觀配置界面，通過這個界面，可以快速部署UCD9xxx器件的很多資源。此外，圖3中顯示的EVM和開發(fā)板類器件有助于設(shè)計人員在項(xiàng)目設(shè)計的最初階段加快原型機(jī)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)過程。

應(yīng)用

數(shù)字排序器在需要多個電壓軌的應(yīng)用中找到用武之地。常見應(yīng)用包括電信和網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、工業(yè)通信和工廠自動化系統(tǒng)、諸如ATE的測試與測量系統(tǒng)、服務(wù)器和其它存儲系統(tǒng)。

數(shù)字熱插拔控制器

數(shù)字資源已經(jīng)將智能電源管理功能提升到更高的水平。其中一個示例就是熱插拔控制器在高性能系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用。熱插拔控制器已經(jīng)成為在電源中移除和插入電路時，管理電源的主要模擬電路。與上文中描述的模擬POL器件相似的是，器件中已經(jīng)添加了數(shù)字接口，以準(zhǔn)確監(jiān)視，并且實(shí)時報告電壓、電流、功率、電能和溫度等特定的系統(tǒng)級運(yùn)行條件。這使得數(shù)字熱插拔控制器在保護(hù)系統(tǒng)不受硬件故障影響方面發(fā)揮應(yīng)有的作用，這些硬件故障包括那些有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的短路或其它情況。通過監(jiān)視并報告系統(tǒng)電源性能指標(biāo)，熱插拔控制器支持電力的高效使用，以及智能電源管理系統(tǒng)配置。TI數(shù)字熱插拔控制器針對電流測量進(jìn)行了微調(diào)，通常情況下可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于2%的精確額定值。它們包括一個支持PMBus、I2C或其它接口的數(shù)字通信接口?；跓岵灏慰刂破魈峁┑碾娫幢O(jiān)視信息，主機(jī)系統(tǒng)中的集中式電源管理控制器能夠均衡電力負(fù)載，減小或增加處理元件的電力供應(yīng)，以節(jié)省電能，更好地管理系統(tǒng)效率，并且預(yù)測有可能出現(xiàn)的故障，以實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。

特定TI數(shù)字熱插拔控制器與Intel Node Manager兼容，產(chǎn)品編號后綴中的“i”表示具有此項(xiàng)功能的器件。因此，這些熱插拔控制器能夠?qū)⑺鼈兊碾娔鼙O(jiān)視信息提供給Intel Node Manager，這些信息可被用來優(yōu)化總體系統(tǒng)運(yùn)行，以及多個刀片服務(wù)器上的能耗和機(jī)架級性能。

開發(fā)工具

在高功率、高性能系統(tǒng)要求與高功效之間的均衡是那些在設(shè)計中執(zhí)行數(shù)字熱插拔控制器的設(shè)計人員需要面對的一組復(fù)雜的設(shè)計難題。幸運(yùn)的是，諸如熱插拔設(shè)計計算器 (Hot Swap Design Calculator) 的TI工具能夠自動計算并比較很多變量，不論是在創(chuàng)建全新設(shè)計，還是對性能糟糕的設(shè)計進(jìn)行排錯時，都必須將這些變量考慮在內(nèi)。TI的電源接口 (PI) 指令器工具提供一個直觀的GUI界面。通過這一界面，設(shè)計人員能夠觀察TI數(shù)字熱插拔控制器所采集的能量監(jiān)視信息。此外，PI指令器能夠發(fā)現(xiàn)故障，并可以作為熱插拔控制器軟件的測試平臺。

應(yīng)用

TI數(shù)字熱插拔控制器的主要應(yīng)用通常為能效和功耗為主要考慮因素、以及那些需要熱插拔管理的應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心和企業(yè)服務(wù)器系統(tǒng);視頻通信系統(tǒng);和電信系統(tǒng)，其中包括無線基站、基帶設(shè)備、塔式遠(yuǎn)程射頻裝置，以及其它數(shù)字熱插拔控制器被廣泛采用的領(lǐng)域。

用例分析

在高端數(shù)據(jù)中心或企業(yè)服務(wù)器系統(tǒng)中，數(shù)字熱插拔控制器是整個設(shè)施內(nèi)能源管理與運(yùn)行控制間的主要連接器件。如果打算保持設(shè)施的能源收支平衡，海量服務(wù)器群集中每個刀片服務(wù)器的功耗信息必不可少的。此外，為了盡可能地延長正常運(yùn)行時間，未來對故障識別或潛在故障位置預(yù)測的要求會增多。使用這些信息意味著最終結(jié)果的不同：讓客戶感到滿意，而免于意外故障導(dǎo)致的整個機(jī)架內(nèi)的服務(wù)器癱瘓。