导言
关于任何人来说，数字电源体系办理 (DPSM) 在通讯和计算机行业界的持续选用，在很大程度上持续由坐落其体系架构中心的 20nm 以下 ASIC 和 / 或 FPGA 所需之高电流水平驱动都是家常便饭的。咱们以下一代数据中心交换机中运用的最新 ASIC 为例来阐明；它们为那些传输 100Mbit/s 至 100Gbit/s 以太网和 32Gbit/s 光纤通道流量的端口完结了一组愈加灵敏的接口。这使得能够把较高密度的 100G 端口放入单个机架单元中。除此之外，这些 20nm 以下工艺还答应把超越 20Mbyte 的存储器置于 ASIC 本身之上，然后有或许革除增设外部存储器的需求，并节约电路板空间及本钱。
可是，此类通讯设备的体系架构规划师正被逼进步其体系的数据吞吐量和功用，也在被逼添加功用和特性。与此一同，他们也面临着下降体系全体功耗的压力。例如，一个典型的应战就是经过从头安排作业流程，将作业转移到未充分运用的服务器上，然后答应其他服务器关机，以此下降全体功耗。为了满意这些需求，知道终究用户设备的功耗是至关重要的。所以，一个规划妥当的数字电源办理体系能为用户供给功耗数据，然后答应智能地做出能量办理决策。这是对数据中心的一项要害的要求，这儿，担任操控内部环境温度之 HVAC 体系的电力本钱是很重要的。在实际中，此类本钱每个月可达几百万美元。
体系应战
当数字电源正确运用时，它能够下降设备功耗、缩短产品上市时刻、具有杰出的稳定性和瞬态呼应、并进步全体体系可靠性。
DPSM 一项首要的优势是能够下降规划本钱和加速产品上市进程。选用一种具有直观图形界面 (GUI) 的归纳开发环境，即能够高效地开发杂乱的多电压轨体系。别的，此类体系还可运用 GUI 而不是在 “白色导线” 固定点上进行焊接来完结更改，然后简化了在线测验 (ICT) 和电路板调试作业。另一个好处是，因为有实时遥测数据可用，因而可猜测电源体系的毛病，并采纳预防性办法。或许最重要的是，具数字办理功用的 DC/DC 转换器答应规划师开发 “绿色” 电源体系，这种体系可满意方针功用要求 (计算速度、数据速率等)，并且在负载点、电路板、机架乃至装置级上的能量消耗很少，然后下降了基础设施本钱和产品整个寿数期的总具有本钱。
许多电信和数据通讯体系经过一块 48V 背板供电。一般将该电压降压至一个较低的中心总线电压 (一般为 12V 至 3.3V)，认为体系内部的电路板支架供电。可是，这些电路板上的大多数子电路或 IC 需求在 1V 以下到 3.3V 的电压规模和几十毫安至几百安培的电流规模内作业。因而，为完结从中心总线电压至子电路或 IC 所需之希望电压的降压，负载点 (PoL) DC/DC 转换器是必要的。这些电源轨关于排序、电压精确度、裕度调理和监控具有严厉的要求。
在一个电信体系中会有多达 50 个 PoL 电压轨，并且体系架构规划师需求一种相关于其输出电压、排序和最大可容许电流来办理这些电压轨的简略办法。某些处理器要求其 I/O 电压在其内核电压之前上升，另一种状况是某些 ASIC 和 DSP 要求其内核电压的上升先于其 I/O 电压。断电排序也是必要的。规划师需求一种做出改变以优化体系功用和为每个 DC/DC 转换器存储一种特定装备的简易办法，旨在简化规划作业。
此外，为防止贵重的 FPGA、ASIC 和 DSP 遭遇过压状况的或许性，高速比较器有必要监督每个电源轨的电压电平，并在某个电源轨超出其规则的安全作业约束规模时当即采纳维护性办法。在数字供电型体系中，当呈现某种毛病时可经过 PMBus 警示线路告诉主机，并且能够把相关的电压轨关断以维护 FPGA 等受电器材。完结这种维护等级需求合理的精确度和大约几十微秒的呼应时刻。
因为要面临这些应战，因而凌力尔特决议开发一个 PSM 产品线，其包含具集成型功率 FET 栅极驱动器和丰厚完全之电源办理功用 (经过根据 I2C 的 PMBus 来运用) 的同步降压型 DC/DC 操控器。这些功用包含高精度基准和可供给 ±0.5% DC 精确度的温度补偿型模仿电流形式操控环路、经过校准以不受作业条件之影响的简易型补偿、逐周期电流约束、快速和精确的均流、以及针对线路电压和负载瞬变的呼应，并不存在任何与 ADC 量化相相关的差错，此类差错是选用 “数字” 操控之产品中所常见的。该产品线的某些产品还内置了可供给输入和输出电压及电流、占空比和温度之数字回读的 16 位数据收集体系。别的，还整合了经过一个中止符号及一个 “黑匣子” 记载器 (其担任存储发生某种毛病之前的转换器作业状况) 完结的毛病记载功用。终究，多电源轨体系的开发作业凭借凌力尔特的 LTpowerPlay® 开发软件和 GUI 界面得到了简化。
针对杂乱问题的简略解决方案
那么，为给其终究产品装备一款数字电源体系办理解决方案，体系架构规划师有必要做些什么呢? 首要方针之一将是规划一个体系，以便能够经过一根数字通讯总线容易地对其施行装备和监督。这将经过运用下面三者之一来完结：I2C、SMBus 或 PMBus。这些总线的任一种都能启用按需遥测才能以设定、监督、改变和记载体系内任何 PoL 转换器装备的电源参数。这样一个体系的简化瞬像示于图 1。
图 1：典型数字电源体系办理体系装备
在该例中可见，PoL 转换器示出了 3 种不同的拓扑装备。在该图的上部，一个电源体系办理器芯片与一个传统的 DC/DC 转换器一同运用。DC/DC 转换器可所以任何拓扑并具有任何集成度，因为电源体系办理器将答应运用通讯总线对其进行接口、操控和监督。坐落该图中部的 PoL 转换器显现了一种添加的集成度，即：DC/DC 转换器内置了电源体系办理功用电路 (在同一个封装中)。终究，该图中最下面的那个 PoL 转换器是一款紧凑型模块，它把电源体系办理器、DC/DC 转换器以及一切其相关的外部组件整合成单个 IC (凌力尔特把它们称为µModule® 稳压器)。
凌力尔特的µModule DC/DC 稳压器可供给一种一同供给高功率输出和 DPSM 功用的简略和有用之办法。因为可容易地经过并联多个 µModule 稳压器以供给高电流输出 (各个通道彼此之间的电流匹配精确度标称值在 1% 以内)，然后下降了发生热门的或许性。并且，只要其间一个 µModule 稳压器必需具有 DPSM 才能，原因是即便并联的 µModule 未内置固有的 DPSM，它也能供给完好的数字接口。图 2 示出了一个 LTM4677 (36A DPSM µModule) 与 3 个 LTM4650 (50A µModule) 相并联的运用电路原理图。
图 2：一个 LTM4677 DPSM 模块与三个 LTM4650 模块的组合可从一个标称 12V 输入供给 186A 和 1V 输出
用于 DPSM 产品的 LTpowerPlay 通用型 GUI
选用 DPSM 产品构建之体系的一个首要优势在于：凭借适宜的 GUI 能够容易地与体系内部的每个单个 PoL 转换器进行通讯。因而，从一开端凌力尔特就决议开发一款作为完好开发渠道的 GUI，该 GUI 可容易地与凌力尔特在其 DPSM 产品库中供给的一切不同类型产品一同运用，即根据 LTpowerPlay 窗口的开发环境。该软件不只使得能够容易地一同操控和监督多个支撑 PMBus 的凌力尔特器材，并且还答应经过把体系参数下载到单个器材的内部 EEPROM 实时地完结 DC/DC 转换器装备的更改。这经过答应运用软件来调全体系装备 (而不是求助于用焊烙铁换出组件偏从头进行电路板布线的费时传统！) 缩短了规划开发时刻。但作业还不止于此，一旦在现场布置了某个终端体系 (例如：数据中心)，则监管员经过一个选用该 GUI 的适用接口简略地更新 PoL 转换器的作业参数可实时地调全体系。图 3 示出了用户问询其体系时将会看到凌力尔特 LTpowerPlay 功用操控页的典型屏幕截图。
凌力尔特一切的 PMBus 产品均由该软件开发体系供给支撑，它能够在初始开发阶段及随后在用户现场施行装置时协助规划人员快速完结体系的调试。其可简洁便利地完结电源电压、限值和排序的监督、操控和调整。并且，选用几个规范的 PMBus 指令还能够容易地完结出产裕度测验。
图 3：LTpowerPlay GUI 之典型功用操控页屏幕截图的瞬像
定论
在当今的数据通讯和电信体系中具有 DPSM 功用可为体系架构规划师供给一种简略和强而有力的办法，仅运用 4 个 µModule 稳压器就能为最新的 20nm 以下 AS%&&&&&% 和 FPGA 之 1.xV 内核电压供给 180W 以上的功率。如图 2 所示，经过以一种多相装备组合运用 LTM4677 和 3 个 LTM4650，不只节约了贵重的 PCB 面积资源，还因为其全体作业效率之高而减少了所需的冷却量。此外，DPSM 的软件可编程性还显著地缩短了一般与这种尽力相相关的调试时刻。这下降了基础设施本钱和产品整个寿数期的总具有本钱。尽管这没有调试硬件体系时选用电烙铁从头布线之传统办法的那些趣味，可是其便利并且节约时刻的特性十分有目共睹而不容忽视。
本文作者：
Tony Armstrong
凌力尔特公司 电源产品 产品商场主管
