還為用哪種電源發愁嗎？數字電源價值與優勢探討

隨著各大電源廠商不斷的推出新的數字電源產品，數字電源也越來越多的被用戶采納，但如何才能使用戶從數字電源中得到最大的利益，一直是電源設計工程師和系統設計工程師的共通目標，本文就以intersil的Zilker系列數字電源為基礎，主要介紹了數字電源能夠給系統應用帶來怎樣的價值，以及如何最大限度發揮數字電源的優勢。

1. 數字電源的同步和時序控制

通常電源系統的時序和同步控制都需要使用特殊的控制器件來實現，而需要額外增加器件來實現時序控制，即增加了成本還需要在電路板上占有一定的空間，并且是完全由硬件電路實現，沒有適應性和擴展性，每做一個新的產品都需要重新進行時序設計和相應的硬件設計。特別是針對復雜的系統來說，每個系統中可能有多達10幾路的電源軌需要進行精確的時序設計，一不小心如果有一路時序設計錯誤，整個系統設計就功虧一簣。而數字電源的應用，讓時序和同步控制變得異常簡單，Zilker系列數字電源管理芯片使用單線制的DDC總線和SYNC管腳就可輕松實現各路電源軌之間的同步和時序管理，不再需要使用專門的頻率同步信號發生器件和時序控制器件，只需通過單線將各芯片的DDC管腳和SYNC管腳分別連接在一起，相應器件的時序和工作的相位就可以進行精確的設定。時序設定是通過配置Pre Sequence和Sequence寄存器實現，同步和相位是通過配置SYNC Output Mode，SYNC Input Mode, SYNC Pin Configure來實現。

而芯片運行的過程中是完全不需要外部控制的，只需事先將配置文件寫入芯片中，芯片就可以完全在獨立運行的過程中實現精確的排序和同步錯相功能了。

下圖是通過配置的基于ZL系列數字電源芯片電源軌的開關節點波形圖以及輸出電壓軌的時序控制結果：

圖3：系統的下電時序控制效果

從上面的圖像可以看出，通過配置后電源系統輕松實現了排序、同步和錯相等功能，工作狀態穩定。同時在使用了數字電源解決方案后，出現錯誤時也可以通過軟件進行及時簡單的進行修正，不需要重新花費人力物力來對復雜的硬件進行重新設計，設計人員也可以節省更多的時間去完成對系統處理功能的優化，潛在的經濟效益也很大。2.數字電源對系統動態功耗管理的幫助

針對工業界越來越嚴格的能耗管理需求，為使電源系統能夠得到最優化的效能。除了提高電源系統的工作效率，另一個途徑就是針對系統處理器芯片工作在不同業務密度時，動態的調節處理器芯片的供電電壓來優化處理器的能耗，通常情況下即要實現下面的功能：當系統處在高負荷運轉的時候，需要系統有很強的處理能力，讓系統達到最高的處理速度和能力，需要相應的提高系統處理器芯片的供電電壓;而當系處于低負荷運轉的時候，又需要盡可能的把閑散的功能模塊屏蔽，不讓或者少讓其損耗能量，從而相應的降低系統處理器芯片的供電電壓。

使用模擬電源方案，電源系統的輸出電壓是由硬件固定設置的，不能夠或者很難進行實時的動態調整。而使用了數字電源方案，我們不僅可以通過接口(Zilker系列數字電源使用標準的I2C/SMBUS接口)和相應的協議(Zilker系列數字電源使用標準協議的PMBus協議)實時的控制電源的輸出，而且還可以實時監測電源軌的工作電壓、電流、溫度等信息(如圖4是通過Intersil公司的GUI顯示了多路數字電源軌的工作狀態)， 這樣可以比較容易的實現對系統的動態管理和性能優化了。

圖4：系統的動態監控

通常的系統動態電壓調節流程圖如下圖5所示，在調節的過程中需要CPU發送調節指令，對于模擬電源來說，指令是不能夠被直接接收和執行的，那么整個調節過程就不能夠有效的執行。只有使用了數字電源的系統才能有效的進行相應指令接收和操作，系統動態功耗的管理和優化就變的有操作性了。