电源IC

作为一名(ming)电源(yuan)(yuan)研发工程师，自(zi)(zi)然经(jing)常(chang)与(yu)各种芯(xin)(xin)片(pian)(pian)打交道，可(ke)能有的(de)工程师对芯(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)内(nei)部(bu)并(bing)不是很了解，不少同(tong)学(xue)在(zai)应用(yong)(yong)新(xin)的(de)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)时直接翻(fan)到(dao)Datasheet的(de)应用(yong)(yong)页(ye)面，按照推荐设计(ji)搭建外围完(wan)事。如(ru)此一来即使应用(yong)(yong)没有问题，却也忽略了更多的(de)技(ji)术(shu)细(xi)节，对于自(zi)(zi)身的(de)技(ji)术(shu)成长并(bing)没有积累到(dao)更好(hao)的(de)经(jing)验(yan)。今(jin)天以一颗DC/DC降压电源(yuan)(yuan)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)LM2675为例，尽量详细(xi)讲解下(xia)一颗芯(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)内(nei)部(bu)设计(ji)原理和结(jie)构，IC行业的(de)同(tong)学(xue)随便看看就好(hao)，欢迎(ying)指(zhi)教！

LM2675-5.0的典型应用电路

打开LM2675的DataSheet，首先(xian)看看框(kuang)图

这个(ge)图(tu)包含了电源芯片的(de)(de)内(nei)部(bu)(bu)全(quan)部(bu)(bu)单元模(mo)(mo)块，BUCK结构(gou)我(wo)们(men)已经很理解了，这个(ge)芯片的(de)(de)主要功(gong)能(neng)是(shi)实现(xian)对MOS管的(de)(de)驱动(dong)，并通过FB脚检测(ce)输出状态来形(xing)成环路控(kong)制PWM驱动(dong)功(gong)率MOS管，实现(xian)稳压或者恒流输出。这是(shi)一个(ge)非同步模(mo)(mo)式电源，即续流器件为外部(bu)(bu)二(er)极管，而不是(shi)内(nei)部(bu)(bu)MOS管。

下面咱们一(yi)起来分(fen)析各个功能(neng)是(shi)怎(zen)么实现的

一、基准电压

类似于(yu)板(ban)级电(dian)路设计的基(ji)准(zhun)电(dian)源，芯片(pian)内部基(ji)准(zhun)电(dian)压(ya)(ya)(ya)为芯片(pian)其(qi)他电(dian)路提供稳(wen)定(ding)的参(can)考电(dian)压(ya)(ya)(ya)。这个(ge)基(ji)准(zhun)电(dian)压(ya)(ya)(ya)要(yao)求高精度、稳(wen)定(ding)性好、温(wen)漂小。芯片(pian)内部的参(can)考电(dian)压(ya)(ya)(ya)又被称为带隙(xi)基(ji)准(zhun)电(dian)压(ya)(ya)(ya)，因(yin)为这个(ge)电(dian)压(ya)(ya)(ya)值(zhi)和硅的带隙(xi)电(dian)压(ya)(ya)(ya)相近(jin)，因(yin)此被称为带隙(xi)基(ji)准(zhun)。这个(ge)值(zhi)为1.2V左右，如下图的一(yi)种结构：

这里(li)要(yao)回到课(ke)本(ben)讲公式，PN结(jie)的电流和(he)电压(ya)公式：

可以(yi)看出(chu)是指数关系，Is是反向(xiang)饱和漏电(dian)流(liu)（即PN结(jie)因为少子漂移造成的漏电(dian)流(liu)）。这个电(dian)流(liu)和PN结(jie)的面积成正比！即Is->S。

如此就可以推导(dao)出Vbe=VT*ln(Ic/Is) !

回到上图(tu)，由(you)运放分析VX=VY，那么就是(shi)I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且因(yin)(yin)为(wei)M3和M4的栅极电(dian)压相同，因(yin)(yin)此电(dian)流I1=I2，所以推导出公式：I1=I2=VT*ln(N/R1)  N是(shi)Q1 Q2的PN结(jie)面积之比！

回到上图，由(you)运放分(fen)析VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样(yang)可(ke)得：I1=△Vbe/R1，而且因为M3和M4的栅极电(dian)压相同，因此电(dian)流I1=I2，所(suo)以(yi)推导出(chu)公(gong)式：I1=I2=VT*ln(N/R1)  N是Q1 Q2的PN结面积之比！

这(zhei)样(yang)我(wo)们最(zui)后(hou)得(de)到基准Vref=I2*R2+Vbe2，关键点(dian)：I1是(shi)正温度(du)(du)(du)(du)系(xi)数(shu)(shu)(shu)的(de)(de)，而Vbe是(shi)负温度(du)(du)(du)(du)系(xi)数(shu)(shu)(shu)的(de)(de)，再通过(guo)N值调节一(yi)下，可是(shi)实(shi)(shi)现(xian)很好的(de)(de)温度(du)(du)(du)(du)补偿！得(de)到稳定的(de)(de)基准电(dian)压。N一(yi)般业界按照(zhao)8设计(ji)，要想(xiang)实(shi)(shi)现(xian)零温度(du)(du)(du)(du)系(xi) 数(shu)(shu)(shu)，根(gen)据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT，所以(yi)大概在(zai)1.2V左右的(de)(de)，目(mu)前在(zai)低压领域可以(yi)实(shi)(shi)现(xian)小(xiao)于(yu)1V的(de)(de)基准，而且除了(le)温度(du)(du)(du)(du)系(xi)数(shu)(shu)(shu)还有电(dian)源(yuan)纹波抑制PSRR等(deng)问题，限(xian)于(yu)水平没(mei)法深(shen)入了(le)。最(zui)后(hou)的(de)(de)简图就是(shi)这(zhei)样(yang)，运(yun)放的(de)(de)设计(ji)当然也非常(chang)讲究：

如(ru)图温度特性(xing)仿真：

二、振荡器OSC和PWM

我们知道(dao)开关电(dian)(dian)源的基(ji)本原理(li)是利(li)用PWM方波(bo)(bo)来驱动功(gong)率MOS管(guan)，那么自然需要(yao)产生(sheng)振荡的模块，原理(li)很简单，就是利(li)用电(dian)(dian)容的充放电(dian)(dian)形成锯齿波(bo)(bo)和(he)比(bi)较器(qi)来生(sheng)成占(zhan)空比(bi)可(ke)调(diao)的方波(bo)(bo)。

最(zui)后详细(xi)的(de)电路(lu)设计图是这(zhei)样(yang)的(de)：

这里有(you)个技术难点(dian)是在(zai)电流模式(shi)下的斜坡(po)补偿(chang)，针对(dui)的是占空比大(da)于50%时为(wei)了稳(wen)定(ding)斜坡(po)，额外增(zeng)加了补偿(chang)斜坡(po)，我也是粗浅(qian)了解，有(you)兴趣同学可详细学习。

三、误差放大器

误(wu)差放大器(qi)的(de)作(zuo)用是为了(le)保证(zheng)输出恒流或(huo)者恒压，对反馈(kui)电压进行采样处理。从而来调节驱(qu)动MOS管的(de)PWM，如简图：

四、驱动电路

最后的(de)驱动部(bu)分结构很简(jian)单，就是很大面积(ji)的(de)MOS管(guan)，电(dian)流能力(li)强。

五、其他模块电路

这里的(de)(de)其(qi)他模块电(dian)路是为了保证(zheng)芯片能够(gou)正常(chang)和(he)可靠的(de)(de)工作，虽然不是原(yuan)理(li)的(de)(de)核(he)心，却实实在(zai)(zai)在(zai)(zai)的(de)(de)在(zai)(zai)芯片的(de)(de)设计中占据(ju)重(zhong)要位置。

具体说来有几种功能：

1、启动模块

启动(dong)(dong)模(mo)块(kuai)的作用(yong)自然是来启动(dong)(dong)芯(xin)片工(gong)(gong)作的，因为上电(dian)瞬间有可能(neng)所有晶体管电(dian)流为0并(bing)维持不变(bian)，这样(yang)没法工(gong)(gong)作。启动(dong)(dong)电(dian)路的作用(yong)就是相当于(yu)“点个火”，然后(hou)再关(guan)闭。如图：

上(shang)电(dian)瞬(shun)(shun)间，S3自然(ran)是打开的，然(ran)后S2打开可以打开M4 Q1等，就打开了(le)M1 M2，右(you)边恒流源电(dian)路正常工(gong)作，S1也打开了(le)，就把S2给关闭(bi)了(le)，完成启(qi)动。如(ru)果没(mei)有(you)S1 S2 S3，瞬(shun)(shun)间所有(you)晶体管电(dian)流为0。

2、过压保护模块OVP

很好理解，输入电压太高时，通过开关(guan)管(guan)来关(guan)断输出，避免损坏，通过比较器(qi)可以设(she)置一(yi)个(ge)保护点(dian)。

3、过温保护模块OTP

温度保(bao)护是为了防(fang)止芯片异常高温损坏(huai)，原理比较简单，利用晶(jing)体(ti)管的温度特性然后通过比较器设(she)置保(bao)护点(dian)来关断输出。

4、过流保护模块OCP

在(zai)譬如输出(chu)短(duan)路的(de)情况下，通过检测输出(chu)电流(liu)来(lai)(lai)反(fan)馈控制(zhi)输出(chu)管(guan)的(de)状态，可以关断或者限流(liu)。如图(tu)的(de)电流(liu)采样，利用晶体管(guan)的(de)电流(liu)和面积成正(zheng)比(bi)来(lai)(lai)采样，一(yi)般采样管(guan)Q2的(de)面积会是输出(chu)管(guan)面积的(de)千分(fen)之一(yi)，然后通过电压(ya)比(bi)较器(qi)来(lai)(lai)控制(zhi)MOS管(guan)的(de)驱(qu)动。

还有(you)一些其他辅(fu)助模块设计。

六、恒流源和电流镜

在IC内部(bu)，如何(he)来(lai)设置每一个晶(jing)体管(guan)的(de)(de)(de)工作状态(tai)，就(jiu)是(shi)通过(guo)偏(pian)置电流(liu)(liu)，恒流(liu)(liu)源(yuan)电路(lu)可(ke)以说是(shi)所有电路(lu)的(de)(de)(de)基石，带隙基准也(ye)是(shi)因此产生的(de)(de)(de)，然后通过(guo)电流(liu)(liu)镜来(lai)为每一个功能模块提供(gong)电流(liu)(liu)，电流(liu)(liu)镜就(jiu)是(shi)通过(guo)晶(jing)体管(guan)的(de)(de)(de)面积来(lai)设置需要的(de)(de)(de)电流(liu)(liu)大小，类(lei)似镜像(xiang)。

七、小结

以上大概就(jiu)是一(yi)(yi)(yi)颗DC/DC电源芯(xin)片LM2675的(de)(de)内部全部结构，也算(suan)是把以前(qian)的(de)(de)皮毛知识复(fu)习了一(yi)(yi)(yi)下。当然(ran)，这只是原理(li)上的(de)(de)基(ji)本架构，具(ju)体设计时还要(yao)考(kao)虑非(fei)常多的(de)(de)参数(shu)特性，需要(yao)作大量(liang)的(de)(de)分析和(he)(he)仿真(zhen)，而且必须要(yao)对半导体工艺(yi)参数(shu)有很深的(de)(de)理(li)解，因为制造(zao)工艺(yi)决定了晶体管(guan)的(de)(de)很多参数(shu)和(he)(he)性能，一(yi)(yi)(yi)不小心(xin)出来的(de)(de)芯(xin)片就(jiu)有缺陷甚至(zhi)根本没(mei)法应用。整个(ge)芯(xin)片设计也是一(yi)(yi)(yi)个(ge)比较(jiao)复(fu)杂(za)的(de)(de)系统工程，要(yao)求很好的(de)(de)理(li)论知识和(he)(he)实践经(jing)验。最后，学而时习之，不亦说乎！

移动电源IC有哪三种类型

1、移动电源的锂电池管理IC

目前国(guo)内充(chong)(chong)电管理系统比较成熟，智(zhi)能集(ji)成ic控(kong)制整(zheng)个充(chong)(chong)电过程，执行(xing)锂电池(chi)的涓流、恒流、恒压三个阶段充(chong)(chong)电功能。性能较稳定的型号有CT6551、CT6201、JW3816、JW6235等(deng)。

2、单片机MCU

MCU是(shi)应用于PCB板(ban)上智能控(kong)制(zhi)系统，可以(yi)(yi)在不充(chong)电输出状态(tai)下阻止电能流失，并避免(mian)设备在充(chong)电时受到不稳(wen)(wen)定(ding)的(de)电流、电压冲(chong)击(ji)而(er)损坏；可以(yi)(yi)对产品进行充(chong)放电控(kong)制(zhi)，提供(gong)充(chong)电保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)、放电保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)、温度保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)、漏电保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)、过载保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)、短路保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)等多重保(bao)(bao)(bao)(bao)护(hu)(hu)，使(shi)产品性能更加安全稳(wen)(wen)定(ding)，使(shi)产品本身使(shi)用寿命更长(zhang)，同时也避免(mian)不稳(wen)(wen)定(ding)的(de)输出对手机(ji)造成伤害(hai)，解决(jue)了用户(hu)的(de)后顾之忧。

自动识别手机和多种数(shu)码产品，支持各品牌智(zhi)能手机及(ji)各类(lei)平板电(dian)脑(nao)充电(dian)，兼容USB 5V输入(ru)的(de)其他数(shu)码类(lei)电(dian)子产品充电(dian)。目(mu)前比较常见的(de)品牌及(ji)型号(hao)有聚泉、巨威、松翰，海尔HR6P61。

3、移动电源贴片升压IC

移(yi)动电(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)为(wei)3.7V，而输(shu)出(chu)电(dian)(dian)压(ya)则是5.0V，电(dian)(dian)力(li)需(xu)要(yao)经过升压(ya)电(dian)(dian)路(lu)才能输(shu)出(chu)。在(zai)升压(ya)的(de)(de)(de)(de)过程中因为(wei)电(dian)(dian)路(lu)上(shang)(shang)发(fa)热损(sun)耗(hao)了部分电(dian)(dian)量，使(shi)实(shi)(shi)际输(shu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)量和电(dian)(dian)池输(shu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)量存在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)差异，两者的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)值(zhi)叫做(zuo)移(yi)动电(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)转换率(lv)。目前国内技(ji)术转换效(xiao)率(lv)高低不等，一(yi)般(ban)在(zai)75-85%.也有些实(shi)(shi)力(li)较(jiao)强(qiang)的(de)(de)(de)(de)厂家采(cai)用(yong)成本较(jiao)高的(de)(de)(de)(de)方案，自(zi)主研发(fa)电(dian)(dian)路(lu)设计，实(shi)(shi)际转换率(lv)能达到90%以(yi)上(shang)(shang)，当然随着(zhe)技(ji)术的(de)(de)(de)(de)发(fa)展，这一(yi)转换率(lv)会(hui)越(yue)(yue)来越(yue)(yue)高。也有将(jiang)2节电(dian)(dian)池串联(lian)成8.4V然后采(cai)取(qu)降(jiang)压(ya)方式的(de)(de)(de)(de)，效(xiao)率(lv)能做(zuo)到95%左(zuo)右，但对电(dian)(dian)芯的(de)(de)(de)(de)一(yi)致(zhi)性要(yao)求高，安全性比(bi)(bi)较(jiao)低，一(yi)旦出(chu)故障容易烧坏用(yong)户(hu)的(de)(de)(de)(de)手机等数(shu)码产品(pin)，所(suo)以(yi)很少(shao)有厂家采(cai)用(yong)。

在所有(you)的(de)(de)(de)电(dian)子(zi)设(she)备和(he)产品(pin)中，都不(bu)乏电(dian)源管理(li)IC的(de)(de)(de)“身影”。随着数字高(gao)(gao)速(su)(su)IC技术和(he)芯片制造工艺技术的(de)(de)(de)共同(tong)高(gao)(gao)速(su)(su)发展(zhan)，高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)电(dian)源IC“助阵”的(de)(de)(de)作用显得愈加重要。而日新月异的(de)(de)(de)电(dian)子(zi)产品(pin)应用、环保绿色节(jie)能(neng)(neng)需求的(de)(de)(de)兴(xing)起也对电(dian)源IC提出了更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)要求，催生(sheng)新一代高(gao)(gao)集(ji)成度、高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)和(he)高(gao)(gao)能(neng)(neng)效电(dian)源管理(li)IC的(de)(de)(de)需求，亦成为(wei)电(dian)源管理(li)IC厂(chang)商永恒的(de)(de)(de)使命(ming)。

解析电源IC三大趋势

电源IC需“涨姿势”

据市调(diao)机构iSuppli预计(ji)，2016年电源管理(li)IC市场预计(ji)将(jiang)达到387亿美元，消费电子、网络通信、移(yi)动互联领(ling)域都是主要的(de)(de)应(ying)用(yong)市场，汽(qi)车(che)电子、新(xin)能源领(ling)域也(ye)(ye)逐渐(jian)发力。在(zai)应(ying)用(yong)驱动和(he)技术(shu)(shu)进步的(de)(de)作用(yong)下，对电源IC的(de)(de)技术(shu)(shu)要求(qiu)(qiu)也(ye)(ye)不(bu)(bu)断(duan)走高。而且(qie)随着应(ying)用(yong)的(de)(de)不(bu)(bu)断(duan)创新(xin)，电源IC的(de)(de)市场也(ye)(ye)呈现出需(xu)求(qiu)(qiu)多样化(hua)，应(ying)用(yong)细分化(hua)，更多高性(xing)能电源IC的(de)(de)市场需(xu)求(qiu)(qiu)也(ye)(ye)不(bu)(bu)断(duan)深化(hua)以(yi)及扩展化(hua)，更好地为满足系(xi)统创新(xin)，性(xing)能提(ti)升而服(fu)务。

一方面(mian)，伴随(sui)着半导体工艺技(ji)术的(de)(de)不(bu)断升(sheng)级，PCB板上的(de)(de)芯片和元器件功(gong)能(neng)更(geng)(geng)高、运行(xing)速(su)度更(geng)(geng)快、体积更(geng)(geng)小，驱使电(dian)源管理IC提供(gong)更(geng)(geng)低更(geng)(geng)精(jing)准的(de)(de)核电(dian)电(dian)压以及(ji)更(geng)(geng)大的(de)(de)供(gong)电(dian)电(dian)流、更(geng)(geng)严格的(de)(de)电(dian)压反馈(kui)精(jing)度、以及(ji)更(geng)(geng)高的(de)(de)效率性能(neng)。另一方面(mian)，电(dian)源管理IC应(ying)用领域不(bu)断扩张和深入，实(shi)现更(geng)(geng)优异的(de)(de)控(kong)制(zhi)功(gong)能(neng)、更(geng)(geng)智能(neng)的(de)(de)控(kong)制(zhi)环(huan)路(lu)，更(geng)(geng)快速(su)的(de)(de)动(dong)态响应(ying)特性，更(geng)(geng)简(jian)化的(de)(de)外围布局设计等都(dou)“不(bu)可(ke)或(huo)缺”。电(dian)源管理IC想要“拿得(de)出手”，都(dou)需直面(mian)这(zhei)些(xie)难(nan)题。

Altera电源(yuan)业务部市场总监(jian)Mark Davidson表示，为了帮助客户解(jie)决这些挑战和简化(hua)设计(ji)，数字化(hua)、模块(kuai)化(hua)、智能(neng)化(hua)电源(yuan)IC等已是必(bi)然之势。

他举例(li)说(shuo)，就拿FPGA客(ke)户来(lai)说(shuo)，电(dian)(dian)源管理已日益(yi)成为一(yi)个(ge)战(zhan)略性的(de)(de)(de)竞争(zheng)优势，特别(bie)是在(zai)通(tong)信、计算(suan)以(yi)及工(gong)业应用等领域。随着FPGA和SoC的(de)(de)(de)不断发(fa)展，设计人员在(zai)下一(yi)代嵌入(ru)式(shi)系统中增加(jia)了大量混合信号功能(neng)(neng)，实现了以(yi)前无(wu)法(fa)企及的(de)(de)(de)系统级性能(neng)(neng)。如(ru)何给功能(neng)(neng)越(yue)来(lai)越(yue)多(duo)、性能(neng)(neng)越(yue)来(lai)越(yue)高(gao)(gao)、工(gong)艺越(yue)来(lai)越(yue)先进的(de)(de)(de)FPGA供电(dian)(dian)，确实是一(yi)个(ge)非常具有挑(tiao)战(zhan)性的(de)(de)(de)问题。比如(ru)采用14nm工(gong)艺的(de)(de)(de)FPGA会具有更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)，相应地(di)也会需要更加(jia)高(gao)(gao)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)源与之(zhi)匹配。而(er)且14nm的(de)(de)(de)FPGA对(dui)电(dian)(dian)源的(de)(de)(de)要求更加(jia)苛刻，对(dui)电(dian)(dian)源精度的(de)(de)(de)要求更高(gao)(gao)，如(ru)果电(dian)(dian)压范围超过了规范的(de)(de)(de)要求，就有可(ke)能(neng)(neng)会使FPGA失效，甚(shen)至可(ke)能(neng)(neng)会烧坏(huai)。

这也意味着，设计者必须要(yao)(yao)在(zai)严格的(de)FPGA电源轨(gui)要(yao)(yao)求(qiu)、系(xi)统(tong)功耗和(he)散热预算(suan)限制(zhi)、构(gou)建鲁棒(bang)而又可靠的(de)系(xi)统(tong)、符合预算(suan)要(yao)(yao)求(qiu)按时完(wan)成(cheng)其项目、完(wan)全满足其电路(lu)板和(he)系(xi)统(tong)对功能(neng)和(he)性能(neng)的(de)要(yao)(yao)求(qiu)之间找到最佳结(jie)合点，这殊非易事。

数字电源激发活力

各大(da)电(dian)源管(guan)理IC厂商为应对这(zhei)一市(shi)场走势，都(dou)在抓紧排兵布阵，而数字电(dian)源成为他们不遗余力的(de)“招(zhao)数”。凭(ping)借(jie)灵活、快速响应、高集成度以及高度可控的(de)巨大(da)优势，数字电(dian)源已显示出强劲的(de)发(fa)展势头。

据调研机构IHS公(gong)司旗下IMS Research的报告，预(yu)计2017年(nian)全球数字(zi)电源市场(chang)营业(ye)收入将增至124亿美元(yuan)，数字(zi)电源IC市场(chang)将达到26亿美元(yuan)。数字(zi)电源市场(chang)以服务(wu)器和通信(xin)设备应用为(wei)主导(dao)，同时拓(tuo)展至其他(ta)更(geng)多应用领域，或如星火燎原之势(shi)。

POL转换器一(yi)般为低(di)电(dian)(dian)压，大电(dian)(dian)流(liu)数(shu)字(zi)(zi)负(fu)载(如(ru)(ru)FPGA，微处理器，DSP及其它具有(you)极(ji)高动态(tai)特性的(de)(de)(de)数(shu)字(zi)(zi)电(dian)(dian)路)提供电(dian)(dian)压。保持(chi)电(dian)(dian)压在(zai)(zai)1V左(zuo)右的(de)(de)(de)精确(que)(que)调节，同(tong)时利(li)用纯模拟(ni)(ni)控(kong)(kong)制(zhi)技术来满足(zu)近200A/ns的(de)(de)(de)负(fu)载瞬(shun)态(tai)要求(qiu)变得越(yue)来越(yue)困难(nan)。有(you)些数(shu)字(zi)(zi)控(kong)(kong)制(zhi)器能够提供在(zai)(zai)同(tong)类模拟(ni)(ni)IC中难(nan)以(yi)实(shi)现(xian)的(de)(de)(de)功能例(li)如(ru)(ru)非线性控(kong)(kong)制(zhi)。事实(shi)上(shang)，几(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)(de)(de)POL数(shu)字(zi)(zi)控(kong)(kong)制(zhi)器都包(bao)含了一(yi)些不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)旨在(zai)(zai)改(gai)善瞬(shun)态(tai)响(xiang)应的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)技术。这些专(zhuan)用控(kong)(kong)制(zhi)算法构成了传统(tong)模拟(ni)(ni)电(dian)(dian)源(yuan)公司进入数(shu)字(zi)(zi)电(dian)(dian)源(yuan)开(kai)发的(de)(de)(de)门槛。电(dian)(dian)源(yuan)如(ru)(ru)果在(zai)(zai)内部采用数(shu)字(zi)(zi)内核实(shi)现(xian)控(kong)(kong)制(zhi)环路，可(ke)以(yi)满足(zu)极(ji)为严苛的(de)(de)(de)瞬(shun)态(tai)要求(qiu)，实(shi)现(xian)极(ji)低(di)的(de)(de)(de)纹波电(dian)(dian)压，以(yi)及在(zai)(zai)输出电(dian)(dian)压范围内实(shi)现(xian)极(ji)高的(de)(de)(de)精确(que)(que)稳压。同(tong)时可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)PMbus通信接口，可(ke)以(yi) 实(shi)现(xian)远程精确(que)(que)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)，电(dian)(dian)压和温度监控(kong)(kong)。

数(shu)(shu)字(zi)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)为电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设(she)计领(ling)域(yu)注入了(le)(le)(le)新(xin)(xin)的(de)活力，同时也(ye)对电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)提出(chu)(chu)了(le)(le)(le)更(geng)高的(de)要(yao)求(qiu)。据了(le)(le)(le)解(jie)，一方面，电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)不(bu)(bu)仅(jin)要(yao)提供一系(xi)列的(de)整合设(she)计方案，而(er)非单(dan)一元件(jian)，提供高中低端全系(xi)列产品;其次，他(ta)们也(ye)需(xu)(xu)要(yao)全套数(shu)(shu)字(zi)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)开发工具，包(bao)括(kuo)硬件(jian)和(he)图形介(jie)面(GUI);最后，获(huo)得相关(guan)周边元件(jian)如Power Train，才(cai)能(neng)创(chuang)建完整解(jie)决(jue)方案。另一方面，数(shu)(shu)字(zi)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)如果(guo)再“单(dan)打独斗”的(de)话，显(xian)然已“力有(you)不(bu)(bu)逮”。Altera的(de)Enpirion电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)产品中国区高级业务经理(li)(li)张伟超(chao)提到，主芯(xin)片(pian)厂(chang)(chang)家诸如FPGA/ASSP/ASIC的(de)技术(shu)日新(xin)(xin)月异，在性能(neng)不(bu)(bu)断提升的(de)同时对电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)异常的(de)严苛，而(er)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)不(bu)(bu)能(neng)再和(he)以往(wang)一样孤军作(zuo)战，而(er)是必须要(yao)和(he)数(shu)(shu)字(zi)组芯(xin)片(pian)厂(chang)(chang)家协(xie)同作(zuo)战。电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)需(xu)(xu)要(yao)和(he)主芯(xin)片(pian)厂(chang)(chang)商(shang)(shang)进行有(you)效地技术(shu)沟通，因为只有(you)了(le)(le)(le)解(jie)系(xi)统芯(xin)片(pian)的(de)需(xu)(xu)求(qiu)，电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC的(de)目标设(she)计规(gui)格才(cai)显(xian)得更(geng)有(you)意义(yi)，这种为系(xi)统性能(neng)需(xu)(xu)求(qiu)而(er)定制(zhi)的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设(she)计最终(zhong)能(neng)为系(xi)统的(de)功耗优(you)化(hua)做出(chu)(chu)巨大的(de)贡献(xian)。这种协(xie)作(zuo)可助力电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC厂(chang)(chang)商(shang)(shang)的(de)产品更(geng)具竞争力，获(huo)得更(geng)多(duo)的(de)市场份(fen)额。

从近些年的(de)(de)市场并购(gou)(gou)来看，无(wu)疑都(dou)佐证了这一(yi)趋势。高(gao)通收(shou)购(gou)(gou)了Summit， Mediatek收(shou)购(gou)(gou)Richtek，Microchip收(shou)购(gou)(gou)Micrel，Altera收(shou)购(gou)(gou)了Enpirion以及最近收(shou)购(gou)(gou)了德国(guo)创新型(xing)芯(xin)片公司ZMDI的(de)(de)数字电源控制器部门(men)，道(dao)理其实一(yi)脉相承，业界都(dou)认(ren)可并执行类似的(de)(de)策略(lve)

而(er)收(shou)(shou)购(gou)一家(jia)电(dian)源(yuan)企业(ye)的(de)(de)好(hao)处或(huo)远比(bi)与电(dian)源(yuan)企业(ye)合作来(lai)得“直接”。Mark Davidson对此表示，一般大型(xing)电(dian)源(yuan)管理(li)IC厂商的(de)(de)电(dian)源(yuan)器(qi)件会有很(hen)多不同的(de)(de)应用领(ling)域，他们不会也不可(ke)能把全部的(de)(de)精力投入到FPGA领(ling)域，而(er)Altera通过收(shou)(shou)购(gou)则(ze)会更加关注(zhu)电(dian)源(yuan)器(qi)件在(zai)FPGA方(fang)(fang)面的(de)(de)应用。他强调，收(shou)(shou)购(gou)Enpirion我(wo)们成为一个(ge)公司后，可(ke)以(yi)(yi)集合电(dian)源(yuan)、FPGA系统工程以(yi)(yi)及电(dian)路(lu)板布局的(de)(de)专家(jia)，共(gong)同开发出(chu)一个(ge)更好(hao)的(de)(de)解决方(fang)(fang)案。

模块化走势彰显

受SoC化设(she)计趋势(shi)的(de)影响，近(jin)年来(lai)电(dian)源(yuan)管(guan)理IC技(ji)术表现出(chu)越来(lai)越强的(de)模块(kuai)化趋势(shi)。一方(fang)(fang)面，设(she)备正(zheng)变得(de)越来(lai)越复杂(za)，更(geng)多功(gong)(gong)能(neng)特性(xing)(xing)、更(geng)快更(geng)复杂(za)处理器需要更(geng)先进的(de)电(dian)源(yuan)管(guan)理解决方(fang)(fang)案，电(dian)源(yuan)管(guan)理技(ji)术要在更(geng)小的(de)硅芯片(pian)上(shang)集成(cheng)(cheng)更(geng)多功(gong)(gong)能(neng)同时以更(geng)高的(de)设(she)计灵(ling)活性(xing)(xing)实现更(geng)强的(de)系统(tong)用电(dian)性(xing)(xing)能(neng)，这正(zheng)在改变传统(tong)的(de)电(dian)源(yuan)设(she)计方(fang)(fang)法。另一方(fang)(fang)面，模块(kuai)化的(de)电(dian)源(yuan)管(guan)理IC可有(you)效降低系统(tong)设(she)计的(de)复杂(za)性(xing)(xing)，节约电(dian)路板空(kong)间，提高系统(tong)的(de)长(zhang)期可靠性(xing)(xing)，同时也能(neng)有(you)效降低系统(tong)成(cheng)(cheng)本，带来(lai)的(de)好处是显而易(yi)见的(de)。

因而(er)，市(shi)场上的(de)(de)模块化电(dian)源(yuan)管(guan)(guan)理(li)IC开始(shi)不断浮出水面(mian)(mian)。Altera日前就在其(qi)Enpirion电(dian)源(yuan)解决方(fang)案中新(xin)增(zeng)了一(yi)款30amp PowerSoC DC-DC降(jiang)压(ya)(ya)转(zhuan)换器EM1130。这(zhei)款被Altera视作“里程碑(bei)”式(shi)的(de)(de)产品(pin)，是集(ji)成(cheng)数字DC-DC降(jiang)压(ya)(ya)转(zhuan)换器系列(lie)的(de)(de)第一(yi)款产品(pin)，可为Altera的(de)(de)第10代FPGA提(ti)供(gong)电(dian)源(yuan)管(guan)(guan)理(li)功能(neng)(neng)(neng)。EM1130的(de)(de)“功力深(shen)厚(hou)”，引脚布局(ju)密度达业界最(zui)高，面(mian)(mian)积不到其(qi)他解决方(fang)案的(de)(de)一(yi)半，不仅可提(ti)供(gong)严格的(de)(de)高输(shu)出稳压(ya)(ya)和快速瞬时响应功能(neng)(neng)(neng)，并能(neng)(neng)(neng)够远程测量(liang)电(dian)流、电(dian)压(ya)(ya)和温(wen)度等(deng)关键参数。

张伟超介绍说(shuo)，集成的(de)Enpirion电(dian)源单芯片系(xi)(xi)统最(zui)大的(de)优势在(zai)于极大程(cheng)度的(de)提高了系(xi)(xi)统的(de)可靠性(xing)(xing)和(he)(he)易(yi)用性(xing)(xing)，而模块电(dian)源体积小、低(di)EMI以(yi)及通(tong)过数字控制(zhi)环路实现更(geng)快(kuai)的(de)负载瞬态响应(ying)和(he)(he)更(geng)低(di)的(de)噪(zao)声，从而能(neng)(neng)够(gou)更(geng)加智能(neng)(neng)化地适(shi)应(ying)平台厂商(shang)对于降低(di)系(xi)(xi)统功耗(hao)的(de)最(zui)新需求同时提升性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)严苛挑战，将经验证(zheng)的(de)Enpirion电(dian)源SoC解决方(fang)案与Altera的(de)FPGA结合使用，客户能(neng)(neng)够(gou)在(zai)尽可能(neng)(neng)最(zui)小的(de)电(dian)路板上完成他们(men)的(de)设计，同时还(hai)能(neng)(neng)最(zui)大程(cheng)度地提高性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)降低(di)功耗(hao)，加快(kuai)产(chan)品上市、削减(jian)材(cai)料成本(ben)以(yi)及增强系(xi)(xi)统可靠性(xing)(xing)。

图：Altera的Enpirion电源SoC解决方案与Arria 10 FPGA结合使用，大大降低功(gong)耗(hao)并提(ti)高系统性能。

此外(wai)，电(dian)源(yuan)管理IC的(de)模块化(hua)趋势还体现在与板(ban)上(shang)其他芯片的(de)“集成化(hua)”上(shang)，市场上(shang)电(dian)源(yuan)管理IC与主控芯片之间(jian)通信及监控等(deng)功能的(de)集成化(hua)也在日益增多(duo)。张(zhang)伟超(chao)提(ti)到(dao)，未来，Altera将(jiang)(jiang)会利用Enpirion公司在电(dian)源(yuan)方(fang)面(mian)的(de)技(ji)术，将(jiang)(jiang)某些(xie)电(dian)源(yuan)模块集成进FPGA内(nei)部，使得(de)系(xi)统电(dian)路板(ban)电(dian)路更加简洁，功耗和成本都得(de)到(dao)优化(hua)处理，并更加简化(hua)FPGA系(xi)统的(de)开发。

智能化提升智能性

而电(dian)(dian)源管(guan)(guan)理(li)(li)IC的(de)智(zhi)能化亦是大势使然，或才能主(zhu)(zhu)动“配(pei)合(he)”平台主(zhu)(zhu)芯片的(de)功能不断升级的(de)需(xu)求。张(zhang)伟超介绍(shao)说，随着系(xi)统(tong)功能越来越复(fu)杂(za)，对能耗的(de)要求越来越高，客户对电(dian)(dian)源运(yun)行状态的(de)感知(zhi)与控制的(de)要求越来越高，电(dian)(dian)源设计(ji)人员不再满(man)足于实时监控电(dian)(dian)流、电(dian)(dian)压(ya)、温度，还提出(chu)了(le)诊断电(dian)(dian)源供(gong)应情况、灵活(huo)设定每个输出(chu)电(dian)(dian)压(ya)参数的(de)要求。此外(wai)，电(dian)(dian)源管(guan)(guan)理(li)(li)IC必(bi)须(xu)和(he)(he)电(dian)(dian)路板(ban)上所(suo)需(xu)要供(gong)电(dian)(dian)的(de)设备(bei)进行有(you)效地连接，因(yin)系(xi)统(tong)要求电(dian)(dian)源子(zi)系(xi)统(tong)和(he)(he)主(zhu)(zhu)系(xi)统(tong)之间更(geng)加实时的(de)合(he)作与配(pei)合(he)，甚至(zhi)要支(zhi)持通过云端进行的(de)监控去(qu)管(guan)(guan)理(li)(li)，智(zhi)能化的(de)管(guan)(guan)理(li)(li)和(he)(he)调控已成必(bi)须(xu)。

如何去实(shi)(shi)现(xian)智(zhi)能(neng)(neng)(neng)化(hua)?张伟超表(biao)示，这需(xu)(xu)要(yao)在(zai)两个方(fang)面(mian)下(xia)工(gong)夫，一是电源(yuan)管(guan)(guan)理IC要(yao)实(shi)(shi)现(xian)与内(nei)核通信，各部分之间(jian)可相(xiang)互沟(gou)通交(jiao)流，及时(shi)动(dong)态的(de)(de)控制加上无缝的(de)(de)沟(gou)通可成就(jiu)一个智(zhi)能(neng)(neng)(neng)化(hua)的(de)(de)电源(yuan)管(guan)(guan)理系统，能(neng)(neng)(neng)够实(shi)(shi)时(shi)地(di)对系统变(bian)化(hua)的(de)(de)供电需(xu)(xu)求进行检测分析和响应(ying)(ying)，从而(er)大大提高系统的(de)(de)效率。二是内(nei)部参(can)数可实(shi)(shi)现(xian)在(zai)线调整，这就(jiu)意味(wei)着电源(yuan)的(de)(de)动(dong)态特性是可变(bian)的(de)(de)，能(neng)(neng)(neng)顺应(ying)(ying)负载在(zai)相(xiang)当大的(de)(de)范(fan)围内(nei)变(bian)化(hua)同时(shi)还(hai)能(neng)(neng)(neng)保证一定的(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)，数字(zi)电源(yuan)在(zai)这方(fang)面(mian)发挥重(zhong)要(yao)作用，同时(shi)还(hai)需(xu)(xu)要(yao)不断在(zai)控制算(suan)法、自(zi)适应(ying)(ying)方(fang)面(mian)实(shi)(shi)现(xian)突破。

Altera通过(guo)不(bu)断(duan)创新，在这方面实现了(le)新的进展。不(bu)久前，Altera在亚(ya)太地区的14个城市(shi)举办(ban)2015年Altera技术日活动，展示了(le)最新的FPGA、SoC及Enpirion电(dian)源(yuan)解决方案。其中，Arria 10和Enpirion的数字PowerSoC相结合,实现了(le)智能化的FPGA电(dian)源(yuan)系统和最低的功耗。其具体特(te)性包括以下几(ji)个方面：

1. FPGA设计的(de)所有电(dian)(dian)源供电(dian)(dian)要(yao)求会导(dao)致建(jian)立FPGA电(dian)(dian)源树，不同资(zi)源要(yao)求有不同的(de)上(shang)电(dian)(dian)顺序，这对(dui)电(dian)(dian)源转换器(qi)(qi)提出(chu)了更高要(yao)求。Enpirion器(qi)(qi)件具有“Power OK”或者“Power Good”引脚，支持(chi)对(dui)FPGA中不同资(zi)源的(de)电(dian)(dian)源轨的(de)分(fen)组(zu)排(pai)序，向系统控制器(qi)(qi)或者排(pai)序器(qi)(qi)件发出(chu)信(xin)号(hao)，某(mou)一FPGA输入(ru)已经接通电(dian)(dian)源，可以(yi)开始(shi)下一排(pai)序步骤;

2. 另(ling)一常见的(de)(de)(de)系统电(dian)源(yuan)要求是能(neng)(neng)够进(jin)行远程监视(shi)(shi)，对(dui)电(dian)源(yuan)各参数进(jin)行实时监视(shi)(shi)、故障报警和相(xiang)应(ying)调(diao)(diao)(diao)节。而最(zui)简(jian)单、最(zui)便(bian)宜、最(zui)紧凑的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)是使用集成了远程监视(shi)(shi)功(gong)能(neng)(neng)和相(xiang)应(ying)的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)总线(xian)的(de)(de)(de)电(dian)源(yuan)调(diao)(diao)(diao)节器。通(tong)过智能(neng)(neng)电(dian)压ID(SmartVID)特性(xing)，Altera的(de)(de)(de)Arria 10 FPGA和SoC通(tong)过PMBus接口，确定与Enpirion电(dian)压调(diao)(diao)(diao)节器系统之间所需(xu)的(de)(de)(de)VCC电(dian)压和通(tong)信(xin)，将内核电(dian)压轨(gui)尽可能(neng)(neng)动态调(diao)(diao)(diao)整到最(zui)小，而不(bu)会(hui)牺牲(sheng)系统性(xing)能(neng)(neng)。同时，支(zhi)持(chi)PMBus的(de)(de)(de)Enpirion的(de)(de)(de)ED8101P0xQI单相(xiang)数字控制器，与ET4040QI大电(dian)流电(dian)源(yuan)配对(dui)使用，可实现对(dui)FPGA的(de)(de)(de)多种远程监视(shi)(shi)和低功(gong)耗(hao)特性(xing)。

FPGA电(dian)(dian)源供(gong)电(dian)(dian)设计(ji)有一些常(chang)见的要求(qiu)。理解(jie)FPGA设计(ji)和应用怎样(yang)影响(xiang)功耗和电(dian)(dian)源供(gong)电(dian)(dian)要求(qiu)会让设计(ji)更清晰，更容易(yi)成功。Altera的Enpirion电(dian)(dian)源解(jie)决方(fang)案设计(ji)满足了这些苛刻的FPGA电(dian)(dian)源要求(qiu)。未来的电(dian)(dian)子系(xi)(xi)统(tong)功能(neng)(neng)将日益复(fu)杂、多样(yang)和智能(neng)(neng)化(hua)，对电(dian)(dian)源管理系(xi)(xi)统(tong)的要求(qiu)也越来越高。深入地理解(jie)各(ge)个系(xi)(xi)统(tong)的特性和供(gong)电(dian)(dian)需求(qiu)，并(bing)顺应数字化(hua)、模(mo)块化(hua)和智能(neng)(neng)化(hua)的发展趋势，才(cai)能(neng)(neng)够为系(xi)(xi)统(tong)提供(gong)度(du)身定制的“完(wan)美”供(gong)电(dian)(dian)保障(zhang)。

联系方式：邹先生

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