綠色混合數字計算電源管理

圖8，采用Intersil的線性控制的瞬變。

圖10，線性控制1MHz瞬變的相位轉換順序。

（4）DC性能

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

數字控制器常常聲稱在環境條件、老化和元件變化下具有更小的Vout漂移。對數字控制環路補償部分（沒有外置R和C）是真的，但包括輸出濾波器（電感和電容）在內的功率系的特征仍然會隨著環境溫度、老化和元件變化而變化。校準可以改進精度，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行校準并對控制環路進行重新配置，否則數字解決方案將仍然會有易受環境變化影響的缺點。此外，低DCR（0.15mOhm或更小）電感將會繼續增多這樣的影響，在全數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 開關頻率下的12V輸入產生2.4mV誤差。

圖11，來自VID加載的輸出失調（10A）

（5）校準

全數字解決方案常常宣揚其校準功能，因為它們常常需要進行校準來實現與混合方案相同的精度。校準是復雜和非免費的，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

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

圖12，Intersil相倍增器在負載瞬變期間的通道電流均衡

在服務器領域，可產生最佳效率的典型驅動器電壓為5V，這是不同于數字控制器的偏置電壓的，它使上電順序和保護復雜化；出現了三種可能情景：

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

2) 數字控制器首先上電。驅動器檢測到PWM高或者在驅動器電壓變慢時檢測到一個全占空比PWM信號；系統將失去軟啟動并導致高端MOSFET的過應力。

3) 驅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，因為驅動器已被禁用。

（7）系統保護

數字控制器需要數字化電壓和電流信息，然后再將其轉換回模擬信息，這一切全都在控制環路內部進行。這通常導致比模擬環路更慢的響應，如圖5所示。另外，由于控制環路中的ADC和DAC，數字控制器將對需要立即予以響應的故障（如輸出短路、高端MOSFET短路或輸出過電壓）產生較差的保護。如表1所示，市面上的數字解決方案只對輸出提供一個偵測點。當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過壓保護（OVP），因為沒有第二個點來監測輸出電壓。這會輕易導致單點故障和對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難性故障保護（CFP）輸出來指示消除輸入源，以免發生發熱事件[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測CFP，這可以對CPU提供出色的保護。

（8）制造和庫存控制

全數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。計算機市場非常活躍，需求會突然發生變化。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制造困難，例如故障分析。數字解決方案使庫存控制復雜化并增加了總成本。而混合數字控制器就沒有這些問題；單個零件可用于或復用于不同平臺，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

數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，可用于計算機技術領域的核心和內存應用的數字控制器必須高速和經濟，且常常并未集成所有功能。如表2（混合數字和全數字計算解決方案的外置元件比較）所示，數字解決方案消除了補償網絡，而許多其他功能仍然需要外置元件。例如，市面上的數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網絡，用于熱補償和監測，并對完整的6+1解決方案需要更大的封裝。數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，包括驅動器去耦、DCR偵測網絡以及輸入和輸出濾波器，從而誤導用戶。

表2，計算機技術領域的混合數字與全數字6+1解決方案的外置元件