可编程弹性显优势　数字电源管理IC大放异彩（一）

今年10月，台湾油电双涨政策为民生带来不小冲击，民众无不使用各种方法控制用电，在炎热的天气中戮力降低用电额度。有趣的是，若将场景转移至美国科技重镇--矽谷，半导体厂商亦不约而同地看见全球对于能源意识的转变，遂加速研发更精准监测电力的数字电源管理积体电路（IC），此举不仅将进一步降低半导体元件耗电，更可以提供客户具备更高调整弹性的供电方案，其中，数字电源系统管理（Digital Power System Management， PSM）技术将成为提高半导体元件能源使用效率的重要关键。

　　精准监控电流/电压　数字电源管理需求看涨

　　过往工程师在开发电子元件时若须调整元件电源效率，往往须大费周章调整电路板，因此业界提出数字电源系统管理技术，协助元件开发商在短时间内以数字介面监测、修改元件参数（Parameter），以提高元件能源使用效率。

　　
图1　凌力尔特微型模组电源产品行销经理Afshin Odabaee表示，
数字电源管理技术将有助于资料中心厂商精准监控电力使用情形。

　　凌力尔特（Linear Technology） μModule电源产品行销经理Afshin Odabaee（图1）表示，伺服器从元件、电路板至系统整体的耗电变化已成为资料中心可靠度的重要指标，不过，要减少整体电力消耗则须精准观察每个层级的用电量（图2）。数字电源系统管理技术能透过数字汇流排（Digital Bus）提供设计人员重要的电源相关数据，包括负载电流、输入电流、输出电压、运算电力消耗、整体效率以及其他电源管理参数等。

　　图2　数字电源系统管理技术将层层把关电源消耗情形。

　　Odabaee进一步指出，与传统负载点（Point of Load， POL）转换器相较，数字电源系统管理技术能提供三大优势，包括电压优化（Voltage Optimization）、动态控制电压输出以及系统级的电力监控。

　　关于电压优化特色，Odabaee分析，由于电压输出精准度对特定应用积体电路（ASIC）及现场可编程闸阵列（FPGA）供电而言至关重要，但传统电源供应输出电压在温度变化时容易产生飘移（Drift），并可能破坏整体设计。数字电源系统管理技术则能持续地以高精度及可靠的类比数字转换器（ADC）量测电压输出情形。与此同时，时间伺服回路（Time Servo Loop）将自动调整修正数字类比转换器（Trim DAC）值，藉此消除输出电压偏移情形，改善供电精准度。

　　另一方面，数字电源系统管理技术还能动态控制输出电压。传统电源供应电压通常系固定的，且无法简单地改变；数字电源系统管理方案将可透过双线（2-wire）数字介面，调整1毫伏特（mV）以下的电源变化，工程师可轻松地以此调整系统效能、最小化能源浪费。

　　事实上，数字电源系统管理技术最重要的功能系系统级电源监控。传统电源供应方案中，电源监控功能往往被分开放至直流对直流（DC-DC）稳压器 （Regulator）上，仅有部分过电压/低电压（OV/UV）以及过电流（OC）错误可被侦测并传送至主控制器中；数字电源系统管理技术的电源监控则系内建功能且可编程。数字电源系统管理技术可计算电压/电流错误与高精度电压、电流及温度等变化关联情形，并储存于内部非挥发性记忆体，以进一步除错，并且分析根本肇因。

　　凌力尔特最新μModule降压DC-DC稳压器--LTM4676已导入数字电源系统管理技术，在16毫米 （mm）×16毫米×5.01毫米的球闸阵列（BGA）封装中，整合双组类比控制回路、精密混合讯号电路、电子式可清除可编程唯读记忆体 （EEPROM）、功率金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）、电感和支援零组件，可弹性调整电源供应情形，提高能源使用效率。

　　事实上，除透过数字电源系统管理技术确保能源效率外，电源管理IC若本身具备可编程特色，将为整体电源管理效能增添助力。

　　由于可编程电源管理积体电路（Programmable Power Management IC）不仅具备高弹性电源调整空间，且可减少电阻、电容元件的使用颗数，显著缩小电路板面积，因而吸引赛灵思（Xilinx）、Altera、英特尔 （Intel）、飞思卡尔（Freescale）等晶片大厂相继推出参考设计，欲抢先卡位高达1.5亿美元的潜在市场（TAM）。