綠色混合數(shù)字計算電源管理

圖8，采用Intersil的線性控制的瞬變。

圖10，線性控制1MHz瞬變的相位轉(zhuǎn)換順序。

（4）DC性能

與模擬解決方案的無限分辨率相比，全數(shù)字解決方案常常具有由于ADC分辨率和PWM分辨率而產(chǎn)生的量子化誤差。另外，電源狀態(tài)的紋波變化也會影響穩(wěn)壓精度，如圖11所示。混合方案保持了模擬方案的高精度。

數(shù)字控制器常常聲稱在環(huán)境條件、老化和元件變化下具有更小的Vout漂移。對數(shù)字控制環(huán)路補(bǔ)償部分（沒有外置R和C）是真的，但包括輸出濾波器（電感和電容）在內(nèi)的功率系的特征仍然會隨著環(huán)境溫度、老化和元件變化而變化。校準(zhǔn)可以改進(jìn)精度，特別是在電流偵測中，但它會增加成本（參見E部分）。除非在每次上電時進(jìn)行校準(zhǔn)并對控制環(huán)路進(jìn)行重新配置，否則數(shù)字解決方案將仍然會有易受環(huán)境變化影響的缺點。此外，低DCR（0.15mOhm或更?。╇姼袑^續(xù)增多這樣的影響，在全數(shù)字控制器的情況下這將要求更高分辨率的ADC，亦即更高的偏置電流。

數(shù)字解決方案的DC精度受PWM分辨率的影響[2]；例如，200ps PWM分辨率會對1MHz 開關(guān)頻率下的12V輸入產(chǎn)生2.4mV誤差。

圖11，來自VID加載的輸出失調(diào)（10A）

（5）校準(zhǔn)

全數(shù)字解決方案常常宣揚(yáng)其校準(zhǔn)功能，因為它們常常需要進(jìn)行校準(zhǔn)來實現(xiàn)與混合方案相同的精度。校準(zhǔn)是復(fù)雜和非免費的，常常需要外置MOSFET和精密偵測電阻，如同廠商B的解決方案一樣。這些附加元件通常價值超過0.20美元，同時還會增加用電量。

（6）相倍增器兼容性和上電順序

相數(shù)倍增器常常用于高相數(shù)和超頻應(yīng)用[3]。通道之間的電流均衡對設(shè)計穩(wěn)健和可靠的系統(tǒng)極其重要。市面上實現(xiàn)通道電流均衡的相數(shù)倍增器僅為5V PWM輸入邏輯[11,12]，且不兼容3.3V數(shù)字控制器。數(shù)字控制器一直使用沒有電流均衡功能的相數(shù)倍增器，這會產(chǎn)生長期可靠性較差和可能造成系統(tǒng)發(fā)熱事件。Intersil相數(shù)倍增器集成電路的卓越相間電流均衡請參見圖12。

圖12，Intersil相倍增器在負(fù)載瞬變期間的通道電流均衡

在服務(wù)器領(lǐng)域，可產(chǎn)生最佳效率的典型驅(qū)動器電壓為5V，這是不同于數(shù)字控制器的偏置電壓的，它使上電順序和保護(hù)復(fù)雜化；出現(xiàn)了三種可能情景：

1) 驅(qū)動器首先上電。 驅(qū)動器檢測到PWM低并接通低端MOSFET來給輸出放電；系統(tǒng)將不允許預(yù)充電啟動。

2) 數(shù)字控制器首先上電。驅(qū)動器檢測到PWM高或者在驅(qū)動器電壓變慢時檢測到一個全占空比PWM信號；系統(tǒng)將失去軟啟動并導(dǎo)致高端MOSFET的過應(yīng)力。

3) 驅(qū)動器和控制器由同一個啟用信號控制。在斷電期間由于高端MOSFET短路，CPU將不會受到保護(hù)，因為驅(qū)動器已被禁用。

（7）系統(tǒng)保護(hù)

數(shù)字控制器需要數(shù)字化電壓和電流信息，然后再將其轉(zhuǎn)換回模擬信息，這一切全都在控制環(huán)路內(nèi)部進(jìn)行。這通常導(dǎo)致比模擬環(huán)路更慢的響應(yīng)，如圖5所示。另外，由于控制環(huán)路中的ADC和DAC，數(shù)字控制器將對需要立即予以響應(yīng)的故障（如輸出短路、高端MOSFET短路或輸出過電壓）產(chǎn)生較差的保護(hù)。如表1所示，市面上的數(shù)字解決方案只對輸出提供一個偵測點。當(dāng)反饋路徑由于元件性能降低、灰塵或潮濕而形成分割器時，輸出電壓將上升而不觸發(fā)過壓保護(hù)（OVP），因為沒有第二個點來監(jiān)測輸出電壓。這會輕易導(dǎo)致單點故障和對CPU的潛在損害。另外，它們使用的是估計方法來檢測輸入電流。這種方法速度慢且不能提供真正的災(zāi)難性故障保護(hù)（CFP）輸出來指示消除輸入源，以免發(fā)生發(fā)熱事件[9,10]。相反，Intersil的混合方案有兩個輸出偵測點（VSEN和FB）來避免單點故障，以及真正的輸入電流偵測來監(jiān)測CFP，這可以對CPU提供出色的保護(hù)。

（8）制造和庫存控制

全數(shù)字控制器需要非易失存儲器（NVM）來存儲配置信息，這些配置通常在出廠前已經(jīng)編程。如果該器件用于不同的平臺，其將需要不同的配置文件和庫存批次。計算機(jī)市場非?；钴S，需求會突然發(fā)生變化。一旦一種平臺失去了市場，該平臺的特定零件就不能復(fù)用于其他平臺。帶有不同配置的相同控制器可用于不同的平臺，但常常會給售后服務(wù)制造困難，例如故障分析。數(shù)字解決方案使庫存控制復(fù)雜化并增加了總成本。而混合數(shù)字控制器就沒有這些問題；單個零件可用于或復(fù)用于不同平臺，從而幫助簡化制造控制和降低總成本。

（9）外置元件和PCB真實狀態(tài)

數(shù)字電源解決方案使用集成度很高且昂貴的控制器，這些控制器常常使用很少的外置元件以及比模擬解決方案更少的PCB空間。但是，可用于計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的核心和內(nèi)存應(yīng)用的數(shù)字控制器必須高速和經(jīng)濟(jì)，且常常并未集成所有功能。如表2（混合數(shù)字和全數(shù)字計算解決方案的外置元件比較）所示，數(shù)字解決方案消除了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，而許多其他功能仍然需要外置元件。例如，市面上的數(shù)字解決方案額外需要兩個去偶電容（用于抑制噪聲）以及不多幾個L/DCR匹配元件。廠商A甚至需要4個NTC網(wǎng)絡(luò)，用于熱補(bǔ)償和監(jiān)測，并對完整的6+1解決方案需要更大的封裝。數(shù)字解決方案可能在控制器周圍需要更少的元件，但常常在功率系部分周圍需要更多的元件，包括驅(qū)動器去耦、DCR偵測網(wǎng)絡(luò)以及輸入和輸出濾波器，從而誤導(dǎo)用戶。

表2，計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的混合數(shù)字與全數(shù)字6+1解決方案的外置元件