可編程彈性顯優(yōu)勢　數(shù)字電源管理IC大放異彩（一）

今年10月，臺灣油電雙漲政策為民生帶來不小沖擊，民眾無不使用各種方法控制用電，在炎熱的天氣中戮力降低用電額度。有趣的是，若將場景轉(zhuǎn)移至美國科技重鎮(zhèn)--矽谷，半導(dǎo)體廠商亦不約而同地看見全球?qū)τ谀茉匆庾R的轉(zhuǎn)變，遂加速研發(fā)更精準(zhǔn)監(jiān)測電力的數(shù)字電源管理積體電路（IC），此舉不僅將進(jìn)一步降低半導(dǎo)體元件耗電，更可以提供客戶具備更高調(diào)整彈性的供電方案，其中，數(shù)字電源系統(tǒng)管理（Digital Power System Management， PSM）技術(shù)將成為提高半導(dǎo)體元件能源使用效率的重要關(guān)鍵。

　　精準(zhǔn)監(jiān)控電流/電壓　數(shù)字電源管理需求看漲

　　過往工程師在開發(fā)電子元件時(shí)若須調(diào)整元件電源效率，往往須大費(fèi)周章調(diào)整電路板，因此業(yè)界提出數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)，協(xié)助元件開發(fā)商在短時(shí)間內(nèi)以數(shù)字介面監(jiān)測、修改元件參數(shù)（Parameter），以提高元件能源使用效率。

　　
圖1　凌力爾特微型模組電源產(chǎn)品行銷經(jīng)理Afshin Odabaee表示，
數(shù)字電源管理技術(shù)將有助于資料中心廠商精準(zhǔn)監(jiān)控電力使用情形。

　　凌力爾特（Linear Technology） μModule電源產(chǎn)品行銷經(jīng)理Afshin Odabaee（圖1）表示，伺服器從元件、電路板至系統(tǒng)整體的耗電變化已成為資料中心可靠度的重要指標(biāo)，不過，要減少整體電力消耗則須精準(zhǔn)觀察每個(gè)層級的用電量（圖2）。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)能透過數(shù)字匯流排（Digital Bus）提供設(shè)計(jì)人員重要的電源相關(guān)數(shù)據(jù)，包括負(fù)載電流、輸入電流、輸出電壓、運(yùn)算電力消耗、整體效率以及其他電源管理參數(shù)等。

　　圖2　數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)將層層把關(guān)電源消耗情形。

　　Odabaee進(jìn)一步指出，與傳統(tǒng)負(fù)載點(diǎn)（Point of Load， POL）轉(zhuǎn)換器相較，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)能提供三大優(yōu)勢，包括電壓優(yōu)化（Voltage Optimization）、動態(tài)控制電壓輸出以及系統(tǒng)級的電力監(jiān)控。

　　關(guān)于電壓優(yōu)化特色，Odabaee分析，由于電壓輸出精準(zhǔn)度對特定應(yīng)用積體電路（ASIC）及現(xiàn)場可編程閘陣列（FPGA）供電而言至關(guān)重要，但傳統(tǒng)電源供應(yīng)輸出電壓在溫度變化時(shí)容易產(chǎn)生飄移（Drift），并可能破壞整體設(shè)計(jì)。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)則能持續(xù)地以高精度及可靠的類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）量測電壓輸出情形。與此同時(shí)，時(shí)間伺服回路（Time Servo Loop）將自動調(diào)整修正數(shù)字類比轉(zhuǎn)換器（Trim DAC）值，藉此消除輸出電壓偏移情形，改善供電精準(zhǔn)度。

　　另一方面，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)還能動態(tài)控制輸出電壓。傳統(tǒng)電源供應(yīng)電壓通常系固定的，且無法簡單地改變；數(shù)字電源系統(tǒng)管理方案將可透過雙線（2-wire）數(shù)字介面，調(diào)整1毫伏特（mV）以下的電源變化，工程師可輕松地以此調(diào)整系統(tǒng)效能、最小化能源浪費(fèi)。

　　事實(shí)上，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)最重要的功能系系統(tǒng)級電源監(jiān)控。傳統(tǒng)電源供應(yīng)方案中，電源監(jiān)控功能往往被分開放至直流對直流（DC-DC）穩(wěn)壓器 （Regulator）上，僅有部分過電壓/低電壓（OV/UV）以及過電流（OC）錯(cuò)誤可被偵測并傳送至主控制器中；數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)的電源監(jiān)控則系內(nèi)建功能且可編程。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)可計(jì)算電壓/電流錯(cuò)誤與高精度電壓、電流及溫度等變化關(guān)聯(lián)情形，并儲存于內(nèi)部非揮發(fā)性記憶體，以進(jìn)一步除錯(cuò)，并且分析根本肇因。

　　凌力爾特最新μModule降壓DC-DC穩(wěn)壓器--LTM4676已導(dǎo)入數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)，在16毫米 （mm）×16毫米×5.01毫米的球閘陣列（BGA）封裝中，整合雙組類比控制回路、精密混合訊號電路、電子式可清除可編程唯讀記憶體 （EEPROM）、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體（MOSFET）、電感和支援零組件，可彈性調(diào)整電源供應(yīng)情形，提高能源使用效率。

　　事實(shí)上，除透過數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)確保能源效率外，電源管理IC若本身具備可編程特色，將為整體電源管理效能增添助力。