可編程彈性顯優勢　數字電源管理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，若將場景轉移至美國科技重鎮--矽谷，半導體廠商亦不約而同地看見全球對于能源意識的轉變，遂加速研發更精準監測電力的數字電源管理積體電路（IC），此舉不僅將進一步降低半導體元件耗電，更可以提供客戶具備更高調整彈性的供電方案，其中，數字電源系統管理（Digital Power System Management， PSM）技術將成為提高半導體元件能源使用效率的重要關鍵。

　　精準監控電流/電壓　數字電源管理需求看漲

　　過往工程師在開發電子元件時若須調整元件電源效率，往往須大費周章調整電路板，因此業界提出數字電源系統管理技術，協助元件開發商在短時間內以數字介面監測、修改元件參數（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品行銷經理Afshin Odabaee表示，
數字電源管理技術將有助于資料中心廠商精準監控電力使用情形。

　　凌力爾特（Linear Technology） μModule電源產品行銷經理Afshin Odabaee（圖1）表示，伺服器從元件、電路板至系統整體的耗電變化已成為資料中心可靠度的重要指標，不過，要減少整體電力消耗則須精準觀察每個層級的用電量（圖2）。數字電源系統管理技術能透過數字匯流排（Digital Bus）提供設計人員重要的電源相關數據，包括負載電流、輸入電流、輸出電壓、運算電力消耗、整體效率以及其他電源管理參數等。

　　圖2　數字電源系統管理技術將層層把關電源消耗情形。

　　Odabaee進一步指出，與傳統負載點（Point of Load， POL）轉換器相較，數字電源系統管理技術能提供三大優勢，包括電壓優化（Voltage Optimization）、動態控制電壓輸出以及系統級的電力監控。

　　關于電壓優化特色，Odabaee分析，由于電壓輸出精準度對特定應用積體電路（ASIC）及現場可編程閘陣列（FPGA）供電而言至關重要，但傳統電源供應輸出電壓在溫度變化時容易產生飄移（Drift），并可能破壞整體設計。數字電源系統管理技術則能持續地以高精度及可靠的類比數字轉換器（ADC）量測電壓輸出情形。與此同時，時間伺服回路（Time Servo Loop）將自動調整修正數字類比轉換器（Trim DAC）值，藉此消除輸出電壓偏移情形，改善供電精準度。

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

　　事實上，數字電源系統管理技術最重要的功能系系統級電源監控。傳統電源供應方案中，電源監控功能往往被分開放至直流對直流（DC-DC）穩壓器 （Regulator）上，僅有部分過電壓/低電壓（OV/UV）以及過電流（OC）錯誤可被偵測并傳送至主控制器中；數字電源系統管理技術的電源監控則系內建功能且可編程。數字電源系統管理技術可計算電壓/電流錯誤與高精度電壓、電流及溫度等變化關聯情形，并儲存于內部非揮發性記憶體，以進一步除錯，并且分析根本肇因。

　　凌力爾特最新μModule降壓DC-DC穩壓器--LTM4676已導入數字電源系統管理技術，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體場效電晶體（MOSFET）、電感和支援零組件，可彈性調整電源供應情形，提高能源使用效率。

　　事實上，除透過數字電源系統管理技術確保能源效率外，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。