整合與分布式智能成為電源系統(tǒng)設(shè)計的主要趨勢

最近幾年的電源供應(yīng)設(shè)計和電源管理發(fā)展趨勢已經(jīng)反映出整個電子產(chǎn)業(yè)都能見到的許多動態(tài)，例如零件整合度日益增加、利用數(shù)字組件來加強(qiáng)或取代傳統(tǒng)模擬電路的做法更加普遍、以及在前兩個趨勢影響下，越來越多智能型功能開始分布至整個電源系統(tǒng)；毫無疑問的，這些力量將在未來的幾年內(nèi)繼續(xù)影響電源零件。此外，某些特殊應(yīng)用的電源系統(tǒng)設(shè)計技巧也已出現(xiàn)，它們也將塑造電源零件的本質(zhì)和功能。 

       在這些特殊應(yīng)用的眾多發(fā)展趨勢當(dāng)中，最主要的趨勢是把行動電話設(shè)計技巧和方法應(yīng)用到其它行動通訊、運(yùn)算和消費(fèi)性電子裝置的電源系統(tǒng)，例如PDA、數(shù)字相機(jī)、混合式智能型手機(jī)和其它產(chǎn)品。 

       電源系統(tǒng)單芯片(power-system-on-a-chip) 的整合 

       無論就整個電子產(chǎn)業(yè)而言，或是針對行動應(yīng)用來說，零件整合長期以來就是它們的重要支柱之一；最值得注意的是，行動電話的電源供應(yīng)設(shè)計也是遵循這個趨勢，朝向更高階的芯片整合度發(fā)展。 

       行動電話的電源系統(tǒng)曾經(jīng)是由許多離散模擬零件組成，但這樣的日子已一去不回。最初的功能整合在于盡量縮小這些離散式電源零件的體積，隨后則是把它們整合至一顆或少數(shù)幾顆電源管理組件?，F(xiàn)在，這些電源零件開始加入越來越多的功能和智能，它們的應(yīng)用范圍也逐漸跨出行動電話產(chǎn)業(yè)，進(jìn)入各種不同類型的掌上型裝置。 

       芯片整合的理由對于整個電子產(chǎn)業(yè)都相同：把更多功能整合至更少零件后，產(chǎn)品成本即可大幅下降，因?yàn)橹圃爝@些產(chǎn)品所需的組件數(shù)目和電路板面積都會減少、產(chǎn)品的組裝和制造程序會更簡單、更高的系統(tǒng)可靠性還能縮短測試時間。此外，更高階的芯片整合度也能提高發(fā)展流程效率，進(jìn)而加快制造商的新產(chǎn)品上市時間；由于他們能更快在市場上推出新產(chǎn)品，芯片整合度確保產(chǎn)品上市時擁有極大競爭力。 

       TI提供的TPS65010電源組件就是高整合度、高功能電源系統(tǒng)單芯片 (power-system-on-a-chip) 的最新范例。這顆組件專門支持各種行動應(yīng)用的電源管理需求，包括PDA、數(shù)字相機(jī)、多媒體智能型手機(jī)和其它產(chǎn)品；無論是任何系統(tǒng)，只要它們使用單顆鋰離子電池或是鋰聚合物電池，并且包含多組電源線路和多顆先進(jìn)應(yīng)用處理器，TPS65010就能做為它們的電源系統(tǒng)。 




       TPS65010整合了電源系統(tǒng)的所有重要建構(gòu)方塊，包括用于交換式電源轉(zhuǎn)換和電池充電的整合式FET晶體管；TPS65010還整合復(fù)雜先進(jìn)的電池和電源管理智能，滿足今日高效能、功耗處理器所需，例如TI提供的OMAP處理器。TPS65010體積很小，最多只需要離散式解決方案的1/3電路板面積，但卻內(nèi)建兩個同步直流降壓轉(zhuǎn)換器和整合式FET晶體管、提供系統(tǒng)電源的1 A轉(zhuǎn)換器以及提供處理器核心電源的400 mA轉(zhuǎn)換器；在最大工作模式下，TPS65010可以達(dá)到97%的轉(zhuǎn)換效率。 

       TPS65010還整合其它多種功能，它們是行動電話應(yīng)用以外的其它電源管理組件比較少看到的，例如這顆零件包含TI最新的線性電池充電器技術(shù)和1 A充電FET晶體管，使得這顆零件可以使用來自USB連接埠或者外接式電源供應(yīng)器的電源。TPS65010內(nèi)建智能型功能，可以自動選擇USB或電源供應(yīng)器做為充電電源；這顆組件所整合的充電器技術(shù)還提供高精準(zhǔn)度的穩(wěn)流和穩(wěn)壓能力、充電狀態(tài)顯示、充電終止和安全定時器。 

       數(shù)字零件改變電源系統(tǒng)設(shè)計 


       TPS65010利用它所擁有的高階整合度以及更強(qiáng)大功能，證明電源系統(tǒng)設(shè)計為什么正在轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)。當(dāng)數(shù)字電路加入電源系統(tǒng)后，更多的智能即可內(nèi)建至電源系統(tǒng)，進(jìn)而減少系統(tǒng)主機(jī)處理器的工作負(fù)擔(dān)，使它能夠執(zhí)行對于系統(tǒng)成敗更重要的工作。透過這樣的方式，數(shù)字加強(qiáng)型電源供應(yīng)就成為最佳化的系統(tǒng)外圍，它可以連接至操作系統(tǒng)，以便提供監(jiān)督和控制功能。 

       此外，數(shù)字組件的延展性也優(yōu)于模擬組件，因此隨著數(shù)字制程越來越精密，數(shù)字電源芯片也會變得更小，使它們所需的電路板面積隨之減少。若只利用模擬技術(shù)來實(shí)作電源供應(yīng)的組態(tài)設(shè)定和監(jiān)督，電路通常會變得很復(fù)雜，閑置電源的功耗也更大。體積較小的數(shù)字電源組件則能提供多種工作模式，減少電源子系統(tǒng)的功耗，這表示電源管理系統(tǒng)只會消耗更少的系統(tǒng)電源，使得更多電力能夠提供給系統(tǒng)使用。 

       某些電源系統(tǒng)已開始從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字，受到這個趨勢影響，電源系統(tǒng)設(shè)計人員必須掌握新的設(shè)計技巧；最后，這個轉(zhuǎn)變過程會迫使電源系統(tǒng)設(shè)計人員以數(shù)字方式思考，并對操作系統(tǒng)有更深入的了解。 

       朝向數(shù)字電源的趨勢已產(chǎn)生多種效果，行動通訊系統(tǒng)處理器與電源子系統(tǒng)的互動方式就是個例子；過去，當(dāng)電源子系統(tǒng)還不是那么先進(jìn)，并且主要包含模擬零件時，基頻處理器必須透過不同接腳，才能把基本的開機(jī)／關(guān)機(jī)命令送給電源子系統(tǒng)。隨著更多數(shù)字技術(shù)用于電源組件，并使它們變得更聰明，基頻處理器和數(shù)字電源管理組件就能以更復(fù)雜的信息和命令相互溝通。要讓這樣的芯片對芯片互動達(dá)到可接受的效能水準(zhǔn)，處理器和數(shù)字電源管理組件之間就需要更先進(jìn)的界面，例如I2C™就是適合此用途、而且功能更強(qiáng)健可靠的界面之一。 

       在主機(jī)處理器和電源系統(tǒng)之間使用強(qiáng)健可靠界面的影響之一，是電源系統(tǒng)設(shè)計人員現(xiàn)在必須學(xué)習(xí)如何利用完整復(fù)雜的界面，而不僅是簡單的開機(jī)和關(guān)機(jī)線路。某些電源系統(tǒng)設(shè)計人員正在第一次學(xué)習(xí)如何管理界面，使得電源管理組件能和主機(jī)處理器所執(zhí)行的操作系統(tǒng)溝通；在許多情形下，這牽涉到學(xué)習(xí)新的程序設(shè)計工具和語言 - 當(dāng)電源系統(tǒng)的絕大多數(shù)零件是模擬組件時，設(shè)計人員并不需要使用這些工具或語言。