數字電源：為什么要重視精度？

這張取自DesignCon 2006“功率分配網絡設計方法的比較”(Comparison of Power Distribution Network Design Methods)的PDN原理圖示出了封裝和芯片之中的濾波。PDN、封裝去耦和片內電容可以濾除瞬變的某些高頻部分。因此，針對瞬變裕度問題的答案是：要看情況而定。一般來說，只有PDN的封裝端將會濾除最高的頻率。

紋波是另一回事。紋波的頻率較低，而且負載引腳上承受什么樣的紋波，芯片就將承受什么樣的紋波。于是，出于我們進行分析的考慮，我們將假設紋波消耗了誤差裕量的一部分，并且忽略掉瞬變。

在紋波為8mV的情況下，我們的誤差預算僅剩下了±22mV，也就是說準確度大約為±2.5%。不幸的是，我們并未完成所有的工作。我們必須考慮過壓(OV)和欠壓(UV)監控器。如果您回顧一下我之前發表的一篇文章“數字電源監控和遙測”，就會了解到OV/UV監控器是負責設定跳變點并具有DAC的比較器。我們所關心的是欠壓和過壓準確度。

監控器的準確度是誤差預算的一部分，因為我們希望把UV監控器的準確度設定得高于規格值，而將OV監控器的準確度設定得低于規格值。這是保證電源軌滿足IC電源規格指標的唯一方法。(請注意：雖然我們通常可以給監控器增添某種濾波處理，這樣瞬變就不至于使其跳變，但是紋波將始終導致其發生跳變。)

現在，讓我們使用LTC3880監控器的精度，它是±2%。在我們的0.85V電源軌上，則是17mV。現在，我們的裕量只剩下4mV!POL輸出電壓精度現在必須是0.5%!這可以實現嗎?

LTC3880數據表顯示了監控器工作時的輸出精度是±0.5%。我們的電源軌滿足了規范，而監控器確保它能夠正常工作，在之前的文章中我們談到，如果不滿足規范，會選擇性地觸發和關斷，并向基本電路板管理控制器(BMC)發送故障。

復習一下數學知識

FPGA規范：30mV

去掉波紋：22mV

去掉監控器精度：4mV

去掉控制環精度：0mV

有折中方法嗎?

這取決于您所希望的質量水平。如果您從規范中去掉監控器而且依靠控制環，那么所要求的控制環精度是2%，LTC3880提高了4倍。這意味著，它甚至可以支持低于0.85V的電源軌。但是，還有最后一方面我們沒有考慮到。當您認為我們已經完成工作了，實際上還有更多的問題需要處理。

裕度調節是怎么樣的情況呢?

在生產環境中，電源系統運行于(或超過)高規格值和低規格值，以消除系統中的任何邊緣性。在我們的設計場合中，這意味著以±3.5%的準確度運行系統。在裕度調節期間，監控器將稍做“讓路”，因為此時的目標是確保系統在整個規格范圍內擁有可靠性。

我們要確保在極端情況下能夠正常工作，因此，需要通過控制環精度，使電源軌設置能超越極端情況，以保證極端情況甚至超過極端情況的實際值。如果控制環精度是0.5%，那么，我們應該把電源軌設置為±4%。控制環精度如果只有2%(與監控器相似)，情況會怎樣呢?數值應該是±5.5%。

沒什么大問題，對嗎?

倘若FPGA應用由于較高裕度值的原因而失去定時裕量，那么裕度測試有可能觸發代價不菲的故障。您也許需要給設計增加定時裕量以通過裕度測試，而假如您無法容許增加裕量，則或許將導致良率下降。或者，您也可以減小裕度值并降低質量(放過某些缺陷)。無論采取哪一種方法，遭受損失的不是您就是您的客戶。如果您為所應為并正確地設定裕度值，則將延緩項目的進展，而且您還將蒙受良率損失并傷害到自己的底線。而假如您在裕度測試中弄虛作假，那么您的客戶就會遭遇損失，因為他們的系統將不具備可靠性。因此，控制環路準確度確實是事關緊要。這是一個大問題。

閱讀產品規格

應謹慎地對待制造商提供的規格指標。每家制造商在規定其準確度時都使用了其特有的結構。控制環路準確度將由多個部分組成：

1. 電壓差動放大器失調和增益

2. 用于ADC的電壓基準

3. ADC偏移和增益

4. 外部組件(例如：電阻分壓器)所產生的影響

產品手冊有時單獨地規定以上指標，或者將其中的一些從規格中省去，抑或根本不直接規定輸出的準確度。LTC3880規定了“總誤差”，因此實際的準確度是一目了然的。在比較器件時，如果產品手冊中未給出總誤差指標，則始終必需加以計算。否則，假如您在設計過程的后期(或者更糟，在大批量生產中)遇到問題的話，就有可能要為自己的選擇而后悔不已了。

概要

我們研究了FPGA規格并進行了誤差預算。我們發現了其他的一些誤差預算組成部分，包括：紋波、控制環路準確度、監控器準確度和裕度準確度。直接對比FPGA的規格和POL的性能指標并不能反映全面的情況。POL的準確度必須大大高于FPGA產品手冊給出的規格值，以保證器件的運作處于規格范圍之內，并保證兩者在整個規格范圍內的可靠性，同時在生產中保持高良率。