還為用哪種電源發(fā)愁嗎？數(shù)字電源價(jià)值與優(yōu)勢(shì)探討

隨著各大電源廠商不斷的推出新的數(shù)字電源產(chǎn)品，數(shù)字電源也越來(lái)越多的被用戶采納，但如何才能使用戶從數(shù)字電源中得到最大的利益，一直是電源設(shè)計(jì)工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的共通目標(biāo)，本文就以intersil的Zilker系列數(shù)字電源為基礎(chǔ)，主要介紹了數(shù)字電源能夠給系統(tǒng)應(yīng)用帶來(lái)怎樣的價(jià)值，以及如何最大限度發(fā)揮數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)。

1. 數(shù)字電源的同步和時(shí)序控制

通常電源系統(tǒng)的時(shí)序和同步控制都需要使用特殊的控制器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而需要額外增加器件來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制，即增加了成本還需要在電路板上占有一定的空間，并且是完全由硬件電路實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有適應(yīng)性和擴(kuò)展性，每做一個(gè)新的產(chǎn)品都需要重新進(jìn)行時(shí)序設(shè)計(jì)和相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)。特別是針對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)系統(tǒng)中可能有多達(dá)10幾路的電源軌需要進(jìn)行精確的時(shí)序設(shè)計(jì)，一不小心如果有一路時(shí)序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就功虧一簣。而數(shù)字電源的應(yīng)用，讓時(shí)序和同步控制變得異常簡(jiǎn)單，Zilker系列數(shù)字電源管理芯片使用單線制的DDC總線和SYNC管腳就可輕松實(shí)現(xiàn)各路電源軌之間的同步和時(shí)序管理，不再需要使用專門的頻率同步信號(hào)發(fā)生器件和時(shí)序控制器件，只需通過(guò)單線將各芯片的DDC管腳和SYNC管腳分別連接在一起，相應(yīng)器件的時(shí)序和工作的相位就可以進(jìn)行精確的設(shè)定。時(shí)序設(shè)定是通過(guò)配置Pre Sequence和Sequence寄存器實(shí)現(xiàn)，同步和相位是通過(guò)配置SYNC Output Mode，SYNC Input Mode, SYNC Pin Configure來(lái)實(shí)現(xiàn)。

而芯片運(yùn)行的過(guò)程中是完全不需要外部控制的，只需事先將配置文件寫入芯片中，芯片就可以完全在獨(dú)立運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精確的排序和同步錯(cuò)相功能了。

下圖是通過(guò)配置的基于ZL系列數(shù)字電源芯片電源軌的開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形圖以及輸出電壓軌的時(shí)序控制結(jié)果：

圖3：系統(tǒng)的下電時(shí)序控制效果

從上面的圖像可以看出，通過(guò)配置后電源系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn)了排序、同步和錯(cuò)相等功能，工作狀態(tài)穩(wěn)定。同時(shí)在使用了數(shù)字電源解決方案后，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)也可以通過(guò)軟件進(jìn)行及時(shí)簡(jiǎn)單的進(jìn)行修正，不需要重新花費(fèi)人力物力來(lái)對(duì)復(fù)雜的硬件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員也可以節(jié)省更多的時(shí)間去完成對(duì)系統(tǒng)處理功能的優(yōu)化，潛在的經(jīng)濟(jì)效益也很大。2.數(shù)字電源對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功耗管理的幫助

針對(duì)工業(yè)界越來(lái)越嚴(yán)格的能耗管理需求，為使電源系統(tǒng)能夠得到最優(yōu)化的效能。除了提高電源系統(tǒng)的工作效率，另一個(gè)途徑就是針對(duì)系統(tǒng)處理器芯片工作在不同業(yè)務(wù)密度時(shí)，動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)處理器芯片的供電電壓來(lái)優(yōu)化處理器的能耗，通常情況下即要實(shí)現(xiàn)下面的功能：當(dāng)系統(tǒng)處在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，需要系統(tǒng)有很強(qiáng)的處理能力，讓系統(tǒng)達(dá)到最高的處理速度和能力，需要相應(yīng)的提高系統(tǒng)處理器芯片的供電電壓;而當(dāng)系處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，又需要盡可能的把閑散的功能模塊屏蔽，不讓或者少讓其損耗能量，從而相應(yīng)的降低系統(tǒng)處理器芯片的供電電壓。

使用模擬電源方案，電源系統(tǒng)的輸出電壓是由硬件固定設(shè)置的，不能夠或者很難進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。而使用了數(shù)字電源方案，我們不僅可以通過(guò)接口(Zilker系列數(shù)字電源使用標(biāo)準(zhǔn)的I2C/SMBUS接口)和相應(yīng)的協(xié)議(Zilker系列數(shù)字電源使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的PMBus協(xié)議)實(shí)時(shí)的控制電源的輸出，而且還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源軌的工作電壓、電流、溫度等信息(如圖4是通過(guò)Intersil公司的GUI顯示了多路數(shù)字電源軌的工作狀態(tài))， 這樣可以比較容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理和性能優(yōu)化了。

圖4：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控

通常的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)流程圖如下圖5所示，在調(diào)節(jié)的過(guò)程中需要CPU發(fā)送調(diào)節(jié)指令，對(duì)于模擬電源來(lái)說(shuō)，指令是不能夠被直接接收和執(zhí)行的，那么整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程就不能夠有效的執(zhí)行。只有使用了數(shù)字電源的系統(tǒng)才能有效的進(jìn)行相應(yīng)指令接收和操作，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功耗的管理和優(yōu)化就變的有操作性了。