對(duì)于任何人來說，數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (DPSM) 在通信和計(jì)算機(jī)行業(yè)內(nèi)的持續(xù)采用，在很大程度上繼續(xù)由位于其系統(tǒng)架構(gòu)核心的 20nm 以下 ASIC 和 / 或 FPGA 所需之高電流水平驅(qū)動(dòng)都是不足為奇的。我們以下一代數(shù)據(jù)中心交換機(jī)中使用的最新 ASIC 為例來說明。

它們?yōu)槟切﹤鬏?100Mbit/s 至 100Gbit/s 以太網(wǎng)和 32Gbit/s 光纖通道流量的端口實(shí)現(xiàn)了一組更加靈活的接口。這使得能夠把較高密度的 100G 端口放入單個(gè)機(jī)架單元中。除此之外，這些 20nm 以下工藝還允許把超過 20Mbyte 的存儲(chǔ)器置于 ASIC 自身之上，從而有可能免除增設(shè)外部存儲(chǔ)器的需要，并節(jié)省電路板空間及成本。

然而，此類通信設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師正被迫提高其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，也在被迫增加功能和特性。與此同時(shí)，他們也面臨著降低系統(tǒng)總體功耗的壓力。例如，一個(gè)典型的挑戰(zhàn)便是通過重新安排工作流程，將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未充分利用的服務(wù)器上，從而允許其他服務(wù)器關(guān)機(jī)，以此降低總體功耗。為了滿足這些需求，知道最終用戶設(shè)備的功耗是至關(guān)重要的。于是，一個(gè)設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)?a href="/xinwenzixun/xingyexinwen/1131.html">數(shù)字電源管理系統(tǒng)能為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而允許智能地做出能量管理決策。這是對(duì)數(shù)據(jù)中心的一項(xiàng)關(guān)鍵的要求，這里，負(fù)責(zé)控制內(nèi)部環(huán)境溫度之 HVAC 系統(tǒng)的電力成本是很重要的。在現(xiàn)實(shí)中，此類成本每個(gè)月可達(dá)幾百萬(wàn)美元。

系統(tǒng)挑戰(zhàn)

當(dāng)數(shù)字電源正確使用時(shí)，它能夠降低設(shè)備功耗、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、擁有卓越的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)、并提高整體系統(tǒng)可靠性。

DPSM 一項(xiàng)主要的優(yōu)勢(shì)是能夠降低設(shè)計(jì)成本和加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。采用一種具有直觀圖形界面 (GUI) 的綜合開發(fā)環(huán)境，即可以高效地開發(fā)復(fù)雜的多電壓軌系統(tǒng)。另外，此類系統(tǒng)還可利用 GUI 而不是在 “白色導(dǎo)線” 固定點(diǎn)上進(jìn)行焊接來實(shí)現(xiàn)更改，從而簡(jiǎn)化了在線測(cè)試 (ICT) 和電路板調(diào)試工作。另一個(gè)益處是，由于有實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)可用，因此可預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)的故障，并采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計(jì)師開發(fā) “綠色” 電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可滿足目標(biāo)性能要求 (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)速率等)，而且在負(fù)載點(diǎn)、電路板、機(jī)架甚至安裝級(jí)上的能量消耗極少，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品整個(gè)壽命期的總擁有成本。

許多電信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通過一塊 48V 背板供電。一般將該電壓降壓至一個(gè)較低的中間總線電壓 (通常為 12V 至 3.3V)，以為系統(tǒng)內(nèi)部的電路板支架供電。然而，這些電路板上的大多數(shù)子電路或 IC 需要在 1V 以下到 3.3V 的電壓范圍和幾十毫安至幾百安培的電流范圍內(nèi)工作。因此，為實(shí)現(xiàn)從中間總線電壓至子電路或 IC 所需之期望電壓的降壓，負(fù)載點(diǎn) (PoL) DC/DC 轉(zhuǎn)換器是必要的。這些電源軌對(duì)于排序、電壓準(zhǔn)確度、裕度調(diào)節(jié)和監(jiān)控具有嚴(yán)格的要求。

在一個(gè)電信系統(tǒng)中會(huì)有多達(dá) 50 個(gè) PoL 電壓軌，而且系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師需要一種相對(duì)于其輸出電壓、排序和最大可容許電流來管理這些電壓軌的簡(jiǎn)單方法。某些處理器要求其 I/O 電壓在其內(nèi)核電壓之前上升，另一種情況是某些 ASIC 和 DSP 要求其內(nèi)核電壓的上升先于其 I/O 電壓。斷電排序也是必要的。設(shè)計(jì)師需要一種做出變更以優(yōu)化系統(tǒng)性能和為每個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)一種特定配置的簡(jiǎn)易方式，旨在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作。

此外，為避免昂貴的 FPGA、ASIC 和 DSP 遭遇過壓情況的可能性，高速比較器必須監(jiān)視每個(gè)電源軌的電壓電平，并在某個(gè)電源軌超出其規(guī)定的安全工作限制范圍時(shí)立即采取保護(hù)性措施。在數(shù)字供電型系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)某種故障時(shí)可通過 PMBus 警示線路通知主機(jī)，并且能夠把相關(guān)的電壓軌關(guān)斷以保護(hù) FPGA 等受電器件。實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)等級(jí)需要合理的準(zhǔn)確度和大約幾十微秒的響應(yīng)時(shí)間。

由于要面對(duì)這些挑戰(zhàn)，因此凌力爾特決定開發(fā)一個(gè) PSM 產(chǎn)品線，其包括具集成型功率 FET 柵極驅(qū)動(dòng)器和豐富齊全之電源管理功能 (通過基于 I2C 的 PMBus 來使用) 的同步降壓型 DC/DC 控制器。這些功能包括高精度基準(zhǔn)和可提供 ±0.5% DC 準(zhǔn)確度的溫度補(bǔ)償型模擬電流模式控制環(huán)路、經(jīng)過校準(zhǔn)以不受工作條件之影響的簡(jiǎn)易型補(bǔ)償、逐周期電流限制、快速和準(zhǔn)確的均流、以及針對(duì)線路電壓和負(fù)載瞬變的響應(yīng)，并不存在任何與 ADC 量化相關(guān)聯(lián)的誤差，此類誤差是采用 “數(shù)字” 控制之產(chǎn)品中所常見的。該產(chǎn)品線的某些產(chǎn)品還內(nèi)置了可提供輸入和輸出電壓及電流、占空比和溫度之?dāng)?shù)字回讀的 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。另外，還整合了通過一個(gè)中斷標(biāo)記及一個(gè) “黑匣子” 記錄器 (其負(fù)責(zé)存儲(chǔ)發(fā)生某種故障之前的轉(zhuǎn)換器工作狀況) 實(shí)現(xiàn)的故障記錄功能。