电源IC

作为(wei)(wei)一(yi)名电源(yuan)研(yan)发工(gong)程(cheng)师，自然经(jing)常与各种(zhong)芯(xin)片打交(jiao)道，可能有(you)的(de)工(gong)程(cheng)师对芯(xin)片的(de)内部并(bing)不是很了(le)解，不少同学(xue)在应(ying)用(yong)新的(de)芯(xin)片时直接翻到Datasheet的(de)应(ying)用(yong)页面，按照推(tui)荐(jian)设计搭建外围完事。如(ru)此一(yi)来即使应(ying)用(yong)没(mei)有(you)问(wen)题(ti)，却也(ye)忽(hu)略了(le)更(geng)多的(de)技术细(xi)节，对于自身的(de)技术成(cheng)长并(bing)没(mei)有(you)积累到更(geng)好的(de)经(jing)验(yan)。今(jin)天以一(yi)颗(ke)(ke)DC/DC降压电源(yuan)芯(xin)片LM2675为(wei)(wei)例，尽量详细(xi)讲解下一(yi)颗(ke)(ke)芯(xin)片的(de)内部设计原(yuan)理和结构(gou)，IC行业的(de)同学(xue)随便看看就好，欢(huan)迎指(zhi)教！

LM2675-5.0的典型应用电路

打(da)开LM2675的DataSheet，首(shou)先看(kan)(kan)看(kan)(kan)框图

这个(ge)图包含了电(dian)源芯片的(de)内部(bu)全部(bu)单元(yuan)模(mo)(mo)块(kuai)，BUCK结构(gou)我们(men)已经很理解了，这个(ge)芯片的(de)主(zhu)要功能是(shi)实(shi)现对MOS管(guan)的(de)驱(qu)动，并通(tong)过FB脚检测输出状态来形成环路控制PWM驱(qu)动功率MOS管(guan)，实(shi)现稳压或者(zhe)恒流输出。这是(shi)一个(ge)非同步模(mo)(mo)式电(dian)源，即续流器件为外部(bu)二极(ji)管(guan)，而不(bu)是(shi)内部(bu)MOS管(guan)。

下(xia)面咱们一起来分析各个功能(neng)是怎么实(shi)现的(de)

一、基准电压

类似于(yu)板级(ji)电(dian)(dian)路设计的(de)(de)基(ji)准电(dian)(dian)源，芯(xin)片(pian)内(nei)部基(ji)准电(dian)(dian)压为芯(xin)片(pian)其他电(dian)(dian)路提供稳定(ding)(ding)的(de)(de)参考电(dian)(dian)压。这个基(ji)准电(dian)(dian)压要求高精度、稳定(ding)(ding)性(xing)好、温漂小。芯(xin)片(pian)内(nei)部的(de)(de)参考电(dian)(dian)压又被(bei)称为带(dai)隙(xi)(xi)基(ji)准电(dian)(dian)压，因为这个电(dian)(dian)压值(zhi)(zhi)和(he)硅(gui)的(de)(de)带(dai)隙(xi)(xi)电(dian)(dian)压相(xiang)近，因此被(bei)称为带(dai)隙(xi)(xi)基(ji)准。这个值(zhi)(zhi)为1.2V左右，如下图的(de)(de)一(yi)种结(jie)构：

这里要回到课本(ben)讲公式，PN结的电流和电压(ya)公式：

可以看出(chu)是指数关系(xi)，Is是反向饱和(he)漏(lou)电流（即PN结因为少子漂移造成的漏(lou)电流）。这(zhei)个电流和(he)PN结的面积(ji)成正(zheng)比(bi)！即Is->S。

如(ru)此就可以推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is) !

回到上图(tu)，由运(yun)放分析VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且因为M3和M4的栅极电压相同(tong)，因此电流I1=I2，所以推导出公式：I1=I2=VT*ln(N/R1)  N是Q1 Q2的PN结面积之比！

回到上(shang)图，由(you)运放分析VX=VY，那么(me)就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且因(yin)为M3和M4的(de)栅极电压相(xiang)同，因(yin)此(ci)电流I1=I2，所以推(tui)导(dao)出(chu)公式：I1=I2=VT*ln(N/R1)  N是Q1 Q2的(de)PN结(jie)面积之比(bi)！

这(zhei)样我们最后(hou)得到(dao)基(ji)准(zhun)Vref=I2*R2+Vbe2，关键点：I1是正温度(du)系(xi)数(shu)的(de)，而(er)Vbe是负温度(du)系(xi)数(shu)的(de)，再通过N值调节一(yi)下，可是实(shi)现很好的(de)温度(du)补偿！得到(dao)稳(wen)定的(de)基(ji)准(zhun)电(dian)(dian)压。N一(yi)般业界按照8设(she)(she)计，要想实(shi)现零温度(du)系(xi) 数(shu)，根据公(gong)式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT，所以大概在1.2V左(zuo)右的(de)，目前在低压领域可以实(shi)现小于1V的(de)基(ji)准(zhun)，而(er)且除(chu)了温度(du)系(xi)数(shu)还有电(dian)(dian)源纹波抑制PSRR等问题，限于水平(ping)没法深入了。最后(hou)的(de)简图(tu)就是这(zhei)样，运放的(de)设(she)(she)计当然也非常讲(jiang)究：

如(ru)图温度特性(xing)仿真：

二、振荡器OSC和PWM

我们知道开关电(dian)源(yuan)的(de)(de)基本(ben)原理是利用(yong)PWM方(fang)波来驱(qu)动功率MOS管，那么自然需要(yao)产生振(zhen)荡的(de)(de)模块，原理很(hen)简单，就(jiu)是利用(yong)电(dian)容的(de)(de)充放电(dian)形(xing)成锯齿波和比(bi)较器来生成占(zhan)空(kong)比(bi)可调的(de)(de)方(fang)波。

最后详细的电路设计图是这样的：

这里有个技术难(nan)点是(shi)在(zai)电流模式下的斜坡(po)补(bu)偿(chang)，针对的是(shi)占空比大于50%时为了稳定(ding)斜坡(po)，额外增加(jia)了补(bu)偿(chang)斜坡(po)，我也是(shi)粗浅(qian)了解，有兴趣同学可(ke)详细(xi)学习。

三、误差放大器

误差(cha)放大(da)器的作(zuo)用(yong)是为了保证输出恒流或者恒压，对反馈(kui)电压进行采样处理。从而来调节驱动MOS管(guan)的PWM，如简(jian)图：

四、驱动电路

最后(hou)的驱动(dong)部分结构很简单，就是很大面积(ji)的MOS管，电流能力强。

五、其他模块电路

这里(li)的(de)其他模块(kuai)电路是为了(le)保证芯片能(neng)够正常和可靠(kao)的(de)工(gong)作，虽然(ran)不是原理的(de)核心，却(que)实实在在的(de)在芯片的(de)设(she)计(ji)中占据重要位置。

具体说(shuo)来有几(ji)种(zhong)功(gong)能：

1、启动模块

启(qi)动模(mo)块的作(zuo)(zuo)用(yong)自(zi)然是(shi)(shi)来启(qi)动芯(xin)片工作(zuo)(zuo)的，因为上电瞬间(jian)有可能所有晶体管电流为0并维持不(bu)变，这(zhei)样没法工作(zuo)(zuo)。启(qi)动电路(lu)的作(zuo)(zuo)用(yong)就是(shi)(shi)相当于“点个火”，然后再关(guan)闭。如图：

上(shang)电瞬间，S3自然是打(da)(da)开(kai)(kai)的，然后S2打(da)(da)开(kai)(kai)可(ke)以打(da)(da)开(kai)(kai)M4 Q1等(deng)，就打(da)(da)开(kai)(kai)了(le)M1 M2，右(you)边恒流(liu)源电路(lu)正常工(gong)作(zuo)，S1也打(da)(da)开(kai)(kai)了(le)，就把S2给关(guan)闭(bi)了(le)，完成启动。如(ru)果没有S1 S2 S3，瞬间所(suo)有晶体管电流(liu)为0。

2、过压保护模块OVP

很好理解，输入电压太高时，通过(guo)开关(guan)管来关(guan)断输出，避免损坏，通过(guo)比(bi)较器可以(yi)设置(zhi)一个保护(hu)点(dian)。

3、过温保护模块OTP

温(wen)度保护(hu)是(shi)为(wei)了防止芯片异(yi)常高(gao)温(wen)损坏，原(yuan)理比较简单，利用晶体管的(de)温(wen)度特性然后(hou)通过比较器设(she)置保护(hu)点(dian)来(lai)关断(duan)输出。

4、过流保护模块OCP

在譬如输出短路的(de)情况下，通过(guo)检测(ce)输出电流(liu)来(lai)反(fan)馈控制(zhi)输出管(guan)(guan)的(de)状态，可以关(guan)断或者限流(liu)。如图的(de)电流(liu)采(cai)(cai)样(yang)，利(li)用晶体(ti)管(guan)(guan)的(de)电流(liu)和面积成正比(bi)来(lai)采(cai)(cai)样(yang)，一般采(cai)(cai)样(yang)管(guan)(guan)Q2的(de)面积会是输出管(guan)(guan)面积的(de)千分之一，然后通过(guo)电压比(bi)较器来(lai)控制(zhi)MOS管(guan)(guan)的(de)驱动(dong)。

还(hai)有一些其他辅助模块设计。

六、恒流源和电流镜

在(zai)IC内部(bu)，如何来(lai)设(she)置(zhi)每(mei)一个晶体管(guan)的(de)(de)工作状态，就是(shi)通(tong)过偏置(zhi)电(dian)流(liu)，恒(heng)流(liu)源电(dian)路(lu)可以说是(shi)所有(you)电(dian)路(lu)的(de)(de)基石，带隙基准也是(shi)因此产生的(de)(de)，然后通(tong)过电(dian)流(liu)镜(jing)来(lai)为(wei)每(mei)一个功能(neng)模(mo)块提供电(dian)流(liu)，电(dian)流(liu)镜(jing)就是(shi)通(tong)过晶体管(guan)的(de)(de)面积(ji)来(lai)设(she)置(zhi)需要的(de)(de)电(dian)流(liu)大小，类(lei)似镜(jing)像。

七、小结

以上大(da)概就是(shi)一(yi)颗DC/DC电源芯(xin)片(pian)LM2675的(de)(de)内部全部结(jie)构，也算(suan)是(shi)把(ba)以前(qian)的(de)(de)皮毛知识(shi)复(fu)(fu)习了(le)一(yi)下。当然，这只是(shi)原理上的(de)(de)基本架构，具体设(she)计(ji)时还要(yao)考虑非(fei)常多的(de)(de)参(can)数特性(xing)，需要(yao)作大(da)量的(de)(de)分析(xi)和仿(fang)真，而(er)且必须(xu)要(yao)对半(ban)导体工(gong)艺(yi)参(can)数有很(hen)深(shen)的(de)(de)理解(jie)，因为制造(zao)工(gong)艺(yi)决(jue)定了(le)晶(jing)体管的(de)(de)很(hen)多参(can)数和性(xing)能，一(yi)不小心出来的(de)(de)芯(xin)片(pian)就有缺陷甚至根本没法(fa)应用(yong)。整个芯(xin)片(pian)设(she)计(ji)也是(shi)一(yi)个比较(jiao)复(fu)(fu)杂的(de)(de)系(xi)统工(gong)程，要(yao)求很(hen)好的(de)(de)理论知识(shi)和实践经验(yan)。最(zui)后，学而(er)时习之，不亦说(shuo)乎(hu)！

移动电源IC有哪三种类型

1、移动电源的锂电池管理IC

目前国内充电管理系统比较(jiao)成熟，智能集成ic控制整个充电过程，执行(xing)锂电池的涓流、恒流、恒压三个阶段充电功能。性能较(jiao)稳定的型号有CT6551、CT6201、JW3816、JW6235等。

2、单片机MCU

MCU是应用于(yu)PCB板(ban)上智能(neng)控制(zhi)系统，可以(yi)在不充电(dian)(dian)输出状态(tai)下阻(zu)止电(dian)(dian)能(neng)流(liu)失，并(bing)避(bi)免设备在充电(dian)(dian)时受到不稳(wen)定(ding)的电(dian)(dian)流(liu)、电(dian)(dian)压(ya)冲(chong)击而损(sun)坏；可以(yi)对产品(pin)进行充放电(dian)(dian)控制(zhi)，提供(gong)充电(dian)(dian)保(bao)(bao)护(hu)、放电(dian)(dian)保(bao)(bao)护(hu)、温度(du)保(bao)(bao)护(hu)、漏电(dian)(dian)保(bao)(bao)护(hu)、过载保(bao)(bao)护(hu)、短路保(bao)(bao)护(hu)等多重保(bao)(bao)护(hu)，使(shi)产品(pin)性能(neng)更(geng)加安全稳(wen)定(ding)，使(shi)产品(pin)本身(shen)使(shi)用寿命更(geng)长(zhang)，同时也避(bi)免不稳(wen)定(ding)的输出对手机造成(cheng)伤害，解决了(le)用户(hu)的后(hou)顾之忧。

自动识(shi)别手(shou)机和多种数码产(chan)品(pin)，支持各(ge)品(pin)牌智(zhi)能手(shou)机及(ji)各(ge)类平(ping)板(ban)电(dian)脑(nao)充(chong)电(dian)，兼容USB 5V输(shu)入的其他数码类电(dian)子(zi)产(chan)品(pin)充(chong)电(dian)。目前比较常见的品(pin)牌及(ji)型号有(you)聚泉、巨威、松翰，海尔HR6P61。

3、移动电源贴片升压IC

移动电(dian)(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)为3.7V，而输(shu)出(chu)(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)则是(shi)5.0V，电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)需(xu)要经(jing)过(guo)升压(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)才(cai)能(neng)(neng)输(shu)出(chu)(chu)(chu)。在升压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)过(guo)程(cheng)中(zhong)因为电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)上(shang)发(fa)热损耗(hao)了部分电(dian)(dian)(dian)(dian)量，使(shi)实(shi)际输(shu)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)量和电(dian)(dian)(dian)(dian)池输(shu)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)量存在一定的(de)(de)(de)(de)差异(yi)，两者(zhe)的(de)(de)(de)(de)比值(zhi)叫(jiao)做移动电(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)(de)(de)转(zhuan)换率。目(mu)前国(guo)内技(ji)术转(zhuan)换效率高低(di)不等(deng)(deng)，一般在75-85%.也(ye)有些实(shi)力(li)较强(qiang)的(de)(de)(de)(de)厂家采(cai)用(yong)成本较高的(de)(de)(de)(de)方(fang)案，自主研发(fa)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)设计，实(shi)际转(zhuan)换率能(neng)(neng)达到90%以上(shang)，当然随着技(ji)术的(de)(de)(de)(de)发(fa)展，这(zhei)一转(zhuan)换率会(hui)越来越高。也(ye)有将2节电(dian)(dian)(dian)(dian)池串联成8.4V然后采(cai)取(qu)降压(ya)(ya)方(fang)式的(de)(de)(de)(de)，效率能(neng)(neng)做到95%左右，但对电(dian)(dian)(dian)(dian)芯的(de)(de)(de)(de)一致性要求高，安全性比较低(di)，一旦出(chu)(chu)(chu)故障容易烧坏用(yong)户的(de)(de)(de)(de)手机等(deng)(deng)数(shu)码产品，所以很(hen)少有厂家采(cai)用(yong)。

在所(suo)有的(de)电(dian)(dian)子设(she)备(bei)和(he)(he)产品中，都不乏电(dian)(dian)源(yuan)管理(li)IC的(de)“身影”。随着数(shu)字(zi)高(gao)(gao)速IC技(ji)术和(he)(he)芯片制造工(gong)艺技(ji)术的(de)共(gong)同高(gao)(gao)速发展，高(gao)(gao)性能(neng)电(dian)(dian)源(yuan)IC“助阵”的(de)作用显得(de)愈加重要。而日新月异的(de)电(dian)(dian)子产品应(ying)用、环保绿色节能(neng)需求的(de)兴起也(ye)对电(dian)(dian)源(yuan)IC提(ti)出了更高(gao)(gao)的(de)要求，催(cui)生新一代高(gao)(gao)集成度(du)、高(gao)(gao)性能(neng)和(he)(he)高(gao)(gao)能(neng)效电(dian)(dian)源(yuan)管理(li)IC的(de)需求，亦成为电(dian)(dian)源(yuan)管理(li)IC厂商永恒的(de)使命。

解析电源IC三大趋势

电源IC需“涨姿势”

据市(shi)调机构iSuppli预计(ji)，2016年电源(yuan)管(guan)理IC市(shi)场(chang)(chang)预计(ji)将(jiang)达(da)到387亿美元(yuan)，消费电子、网络通信、移动互联领(ling)域都(dou)是主要(yao)的(de)(de)应用市(shi)场(chang)(chang)，汽车(che)电子、新能(neng)源(yuan)领(ling)域也逐渐发力。在应用驱动和技术进步的(de)(de)作用下(xia)，对电源(yuan)IC的(de)(de)技术要(yao)求也不(bu)断走(zou)高。而且随着应用的(de)(de)不(bu)断创(chuang)(chuang)新，电源(yuan)IC的(de)(de)市(shi)场(chang)(chang)也呈现出需求多(duo)样化，应用细分化，更多(duo)高性能(neng)电源(yuan)IC的(de)(de)市(shi)场(chang)(chang)需求也不(bu)断深化以及扩展化，更好地为满足系统创(chuang)(chuang)新，性能(neng)提升而服务。

一(yi)方(fang)面，伴随(sui)着半(ban)导体(ti)工艺技术的(de)(de)(de)不断升(sheng)级，PCB板(ban)上的(de)(de)(de)芯片和元(yuan)器(qi)件功能(neng)更(geng)(geng)高、运行速(su)度更(geng)(geng)快、体(ti)积更(geng)(geng)小，驱(qu)使(shi)电(dian)源管(guan)理IC提供更(geng)(geng)低更(geng)(geng)精(jing)准(zhun)的(de)(de)(de)核电(dian)电(dian)压以(yi)及(ji)更(geng)(geng)大的(de)(de)(de)供电(dian)电(dian)流、更(geng)(geng)严格的(de)(de)(de)电(dian)压反馈精(jing)度、以(yi)及(ji)更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)效率性(xing)能(neng)。另一(yi)方(fang)面，电(dian)源管(guan)理IC应(ying)用领域(yu)不断扩张和深入，实现更(geng)(geng)优异的(de)(de)(de)控制功能(neng)、更(geng)(geng)智(zhi)能(neng)的(de)(de)(de)控制环路，更(geng)(geng)快速(su)的(de)(de)(de)动态响应(ying)特性(xing)，更(geng)(geng)简化(hua)的(de)(de)(de)外围布(bu)局设计等(deng)都“不可或缺”。电(dian)源管(guan)理IC想要“拿得出手”，都需(xu)直面这些难题。

Altera电源(yuan)业(ye)务部市(shi)场总(zong)监Mark Davidson表示，为(wei)了帮助客户解决这些(xie)挑战(zhan)和简(jian)化(hua)设计，数(shu)字化(hua)、模块化(hua)、智能(neng)化(hua)电源(yuan)IC等已(yi)是必(bi)然之势。

他举例说(shuo)，就拿FPGA客(ke)户来(lai)说(shuo)，电源(yuan)管理已日益成为一(yi)个战略性(xing)(xing)的(de)(de)竞争(zheng)优势，特别是(shi)在通信、计算(suan)以(yi)及(ji)工(gong)业应用等(deng)领域(yu)。随(sui)着FPGA和SoC的(de)(de)不断发(fa)展，设计人员在下一(yi)代嵌入式系统中增加(jia)了大(da)量(liang)混合信号功(gong)(gong)能，实现了以(yi)前(qian)无法(fa)企(qi)及(ji)的(de)(de)系统级(ji)性(xing)(xing)能。如(ru)何给(ji)功(gong)(gong)能越来(lai)越多、性(xing)(xing)能越来(lai)越高(gao)、工(gong)艺(yi)越来(lai)越先(xian)进的(de)(de)FPGA供电，确实是(shi)一(yi)个非常具(ju)有(you)挑(tiao)战性(xing)(xing)的(de)(de)问题。比如(ru)采用14nm工(gong)艺(yi)的(de)(de)FPGA会具(ju)有(you)更高(gao)的(de)(de)性(xing)(xing)能，相应地也会需要更加(jia)高(gao)性(xing)(xing)能的(de)(de)电源(yuan)与之匹(pi)配(pei)。而(er)且14nm的(de)(de)FPGA对电源(yuan)的(de)(de)要求(qiu)更加(jia)苛刻，对电源(yuan)精度的(de)(de)要求(qiu)更高(gao)，如(ru)果电压范(fan)围超过了规范(fan)的(de)(de)要求(qiu)，就有(you)可(ke)能会使FPGA失效，甚至可(ke)能会烧坏。

这也意味着，设计者必(bi)须要(yao)在严(yan)格的(de)FPGA电源轨要(yao)求、系(xi)统(tong)功(gong)耗和散热预算(suan)限制(zhi)、构建(jian)鲁棒(bang)而又可(ke)靠(kao)的(de)系(xi)统(tong)、符合(he)预算(suan)要(yao)求按时完(wan)成(cheng)其项(xiang)目、完(wan)全(quan)满足(zu)其电路(lu)板和系(xi)统(tong)对功(gong)能和性(xing)能的(de)要(yao)求之间(jian)找(zhao)到最佳结合(he)点(dian)，这殊(shu)非易(yi)事。

数字电源激发活力

各大电源管理IC厂(chang)商(shang)为应对这一(yi)市场走势，都(dou)在(zai)抓紧排兵(bing)布阵，而数字电源成为他(ta)们不遗(yi)余力的(de)“招数”。凭借灵活、快速响(xiang)应、高(gao)集成度(du)以及高(gao)度(du)可控的(de)巨(ju)大优势，数字电源已显示(shi)出(chu)强劲的(de)发展势头。

据调研机构IHS公司旗下IMS Research的报告，预计2017年(nian)全球数(shu)字(zi)(zi)电(dian)源市(shi)场营业(ye)收(shou)入将增(zeng)至124亿(yi)美元，数(shu)字(zi)(zi)电(dian)源IC市(shi)场将达(da)到26亿(yi)美元。数(shu)字(zi)(zi)电(dian)源市(shi)场以(yi)服(fu)务器和通(tong)信设备应用为主导(dao)，同时(shi)拓(tuo)展至其(qi)他(ta)更多应用领(ling)域(yu)，或如星火燎(liao)原之势。

POL转换器(qi)一般为(wei)低(di)电(dian)(dian)压(ya)(ya)，大电(dian)(dian)流(liu)数(shu)(shu)字(zi)负载(zai)(zai)(如(ru)FPGA，微(wei)处理器(qi)，DSP及其它具有极(ji)高动态特性的(de)(de)(de)(de)数(shu)(shu)字(zi)电(dian)(dian)路)提供电(dian)(dian)压(ya)(ya)。保(bao)持(chi)电(dian)(dian)压(ya)(ya)在(zai)1V左右的(de)(de)(de)(de)精确(que)调(diao)节(jie)，同(tong)时(shi)利用纯模拟控(kong)制技术来(lai)满足近200A/ns的(de)(de)(de)(de)负载(zai)(zai)瞬态要求变得(de)越来(lai)越困难(nan)。有些数(shu)(shu)字(zi)控(kong)制器(qi)能够提供在(zai)同(tong)类模拟IC中(zhong)难(nan)以(yi)实(shi)(shi)现(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)功能例如(ru)非线性控(kong)制。事实(shi)(shi)上，几乎所(suo)有的(de)(de)(de)(de)POL数(shu)(shu)字(zi)控(kong)制器(qi)都(dou)包含(han)了一些不同(tong)的(de)(de)(de)(de)旨在(zai)改(gai)善瞬态响应的(de)(de)(de)(de)控(kong)制技术。这些专用控(kong)制算(suan)法构成了传统模拟电(dian)(dian)源(yuan)公司进入(ru)数(shu)(shu)字(zi)电(dian)(dian)源(yuan)开发的(de)(de)(de)(de)门槛(jian)。电(dian)(dian)源(yuan)如(ru)果在(zai)内(nei)部采用数(shu)(shu)字(zi)内(nei)核(he)实(shi)(shi)现(xian)(xian)(xian)控(kong)制环路，可(ke)以(yi)满足极(ji)为(wei)严苛的(de)(de)(de)(de)瞬态要求，实(shi)(shi)现(xian)(xian)(xian)极(ji)低(di)的(de)(de)(de)(de)纹(wen)波电(dian)(dian)压(ya)(ya)，以(yi)及在(zai)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)范围内(nei)实(shi)(shi)现(xian)(xian)(xian)极(ji)高的(de)(de)(de)(de)精确(que)稳压(ya)(ya)。同(tong)时(shi)可(ke)以(yi)支持(chi)PMbus通信接口(kou)，可(ke)以(yi) 实(shi)(shi)现(xian)(xian)(xian)远程精确(que)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)，电(dian)(dian)压(ya)(ya)和温度监控(kong)。

数字(zi)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)为(wei)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设计(ji)(ji)领域注入了新(xin)(xin)的(de)(de)(de)活力(li)(li)，同时(shi)也(ye)对(dui)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)提出(chu)(chu)了更高的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。据了解(jie)，一(yi)方面(mian)，电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)不仅要(yao)(yao)提供一(yi)系(xi)(xi)(xi)列的(de)(de)(de)整(zheng)合(he)设计(ji)(ji)方案，而(er)(er)非(fei)单一(yi)元(yuan)件，提供高中低端全系(xi)(xi)(xi)列产(chan)品(pin)(pin);其次(ci)，他(ta)们(men)也(ye)需要(yao)(yao)全套数字(zi)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)开(kai)发(fa)工具，包括硬件和(he)图形介面(mian)(GUI);最后(hou)，获(huo)得(de)相关周(zhou)边元(yuan)件如Power Train，才能创建(jian)完整(zheng)解(jie)决方案。另一(yi)方面(mian)，数字(zi)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)如果再“单打独斗”的(de)(de)(de)话，显然已“力(li)(li)有(you)(you)(you)不逮”。Altera的(de)(de)(de)Enpirion电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)产(chan)品(pin)(pin)中国区高级业(ye)务(wu)经理张伟超提到，主芯(xin)(xin)片(pian)厂(chang)(chang)(chang)家诸如FPGA/ASSP/ASIC的(de)(de)(de)技(ji)术(shu)日新(xin)(xin)月异(yi)，在性(xing)能不断(duan)提升的(de)(de)(de)同时(shi)对(dui)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)也(ye)异(yi)常的(de)(de)(de)严苛，而(er)(er)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)不能再和(he)以往一(yi)样(yang)孤军作战，而(er)(er)是必须要(yao)(yao)和(he)数字(zi)组芯(xin)(xin)片(pian)厂(chang)(chang)(chang)家协同作战。电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)需要(yao)(yao)和(he)主芯(xin)(xin)片(pian)厂(chang)(chang)(chang)商(shang)进(jin)行(xing)有(you)(you)(you)效地技(ji)术(shu)沟通(tong)，因(yin)为(wei)只有(you)(you)(you)了解(jie)系(xi)(xi)(xi)统芯(xin)(xin)片(pian)的(de)(de)(de)需求(qiu)(qiu)，电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)IC的(de)(de)(de)目(mu)标设计(ji)(ji)规格才显得(de)更有(you)(you)(you)意义，这(zhei)种(zhong)为(wei)系(xi)(xi)(xi)统性(xing)能需求(qiu)(qiu)而(er)(er)定制的(de)(de)(de)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设计(ji)(ji)最终能为(wei)系(xi)(xi)(xi)统的(de)(de)(de)功耗优化做(zuo)出(chu)(chu)巨(ju)大的(de)(de)(de)贡献。这(zhei)种(zhong)协作可助(zhu)力(li)(li)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理IC厂(chang)(chang)(chang)商(shang)的(de)(de)(de)产(chan)品(pin)(pin)更具竞(jing)争力(li)(li)，获(huo)得(de)更多的(de)(de)(de)市(shi)场份额。

从近些年的市场并购来看，无(wu)疑都佐证了(le)(le)这一(yi)趋势。高通收(shou)(shou)(shou)购了(le)(le)Summit， Mediatek收(shou)(shou)(shou)购Richtek，Microchip收(shou)(shou)(shou)购Micrel，Altera收(shou)(shou)(shou)购了(le)(le)Enpirion以及(ji)最近收(shou)(shou)(shou)购了(le)(le)德国创新型芯(xin)片公(gong)司ZMDI的数字电源(yuan)控制(zhi)器部门(men)，道理其实一(yi)脉相承，业界都认可并执行类似的策(ce)略

而收(shou)购(gou)一(yi)家电源(yuan)(yuan)企(qi)业的(de)好处或远比与电源(yuan)(yuan)企(qi)业合(he)作来得“直接(jie)”。Mark Davidson对此表示，一(yi)般(ban)大型(xing)电源(yuan)(yuan)管理(li)IC厂商的(de)电源(yuan)(yuan)器件会有很多不同的(de)应用(yong)领域，他们(men)(men)不会也不可能把全部的(de)精力投入到FPGA领域，而Altera通过收(shou)购(gou)则会更加关注电源(yuan)(yuan)器件在FPGA方面的(de)应用(yong)。他强(qiang)调，收(shou)购(gou)Enpirion我们(men)(men)成(cheng)为一(yi)个公司后，可以集合(he)电源(yuan)(yuan)、FPGA系统工程以及电路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)的(de)专家，共(gong)同开发出(chu)一(yi)个更好的(de)解决(jue)方案。

模块化走势彰显

受SoC化(hua)(hua)设(she)(she)计(ji)(ji)趋势(shi)的(de)影响，近年来电(dian)(dian)(dian)源(yuan)管理(li)IC技(ji)术(shu)表现(xian)出越(yue)来越(yue)强的(de)模块(kuai)化(hua)(hua)趋势(shi)。一方(fang)面(mian)，设(she)(she)备(bei)正变得越(yue)来越(yue)复杂(za)(za)，更(geng)(geng)多功能(neng)特性(xing)(xing)、更(geng)(geng)快更(geng)(geng)复杂(za)(za)处(chu)理(li)器(qi)需要(yao)更(geng)(geng)先进(jin)的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)管理(li)解决方(fang)案(an)，电(dian)(dian)(dian)源(yuan)管理(li)技(ji)术(shu)要(yao)在(zai)更(geng)(geng)小的(de)硅芯(xin)片(pian)上(shang)集成(cheng)更(geng)(geng)多功能(neng)同时以更(geng)(geng)高的(de)设(she)(she)计(ji)(ji)灵活性(xing)(xing)实现(xian)更(geng)(geng)强的(de)系(xi)统用电(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)，这正在(zai)改变传统的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)设(she)(she)计(ji)(ji)方(fang)法。另(ling)一方(fang)面(mian)，模块(kuai)化(hua)(hua)的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)管理(li)IC可(ke)有效(xiao)降低(di)系(xi)统设(she)(she)计(ji)(ji)的(de)复杂(za)(za)性(xing)(xing)，节约电(dian)(dian)(dian)路板空间(jian)，提高系(xi)统的(de)长期可(ke)靠性(xing)(xing)，同时也能(neng)有效(xiao)降低(di)系(xi)统成(cheng)本，带来的(de)好(hao)处(chu)是(shi)显(xian)而(er)易(yi)见(jian)的(de)。

因而(er)，市场上的(de)(de)模块化电源(yuan)管理IC开始不(bu)断浮出(chu)水面。Altera日前就在其Enpirion电源(yuan)解决方(fang)案中新增了一款30amp PowerSoC DC-DC降压(ya)转换器(qi)EM1130。这款被Altera视作(zuo)“里程(cheng)碑”式的(de)(de)产品，是(shi)集成数(shu)字DC-DC降压(ya)转换器(qi)系(xi)列的(de)(de)第一款产品，可为Altera的(de)(de)第10代FPGA提(ti)供(gong)电源(yuan)管理功(gong)(gong)能。EM1130的(de)(de)“功(gong)(gong)力(li)深厚(hou)”，引脚(jiao)布(bu)局密度达业界最高(gao)，面积不(bu)到其他解决方(fang)案的(de)(de)一半(ban)，不(bu)仅(jin)可提(ti)供(gong)严格的(de)(de)高(gao)输出(chu)稳压(ya)和(he)快速瞬时响应功(gong)(gong)能，并能够远程(cheng)测量电流、电压(ya)和(he)温度等(deng)关键参数(shu)。

张伟超(chao)介绍说(shuo)，集成的(de)(de)Enpirion电(dian)源(yuan)单芯(xin)片(pian)系(xi)统(tong)(tong)最(zui)(zui)大的(de)(de)优势(shi)在于极大程(cheng)度的(de)(de)提(ti)(ti)高了(le)系(xi)统(tong)(tong)的(de)(de)可靠(kao)性(xing)(xing)(xing)和易(yi)用性(xing)(xing)(xing)，而模块电(dian)源(yuan)体(ti)积小(xiao)、低(di)EMI以及通过(guo)数(shu)字控制环(huan)路实现更(geng)快的(de)(de)负载瞬(shun)态响应和更(geng)低(di)的(de)(de)噪声，从而能(neng)够(gou)更(geng)加(jia)智能(neng)化地(di)适(shi)应平台厂(chang)商对于降低(di)系(xi)统(tong)(tong)功耗的(de)(de)最(zui)(zui)新需求同时提(ti)(ti)升性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)严苛挑战，将经验(yan)证(zheng)的(de)(de)Enpirion电(dian)源(yuan)SoC解(jie)决(jue)方(fang)案与Altera的(de)(de)FPGA结合使用，客户能(neng)够(gou)在尽可能(neng)最(zui)(zui)小(xiao)的(de)(de)电(dian)路板(ban)上完成他们的(de)(de)设计(ji)，同时还能(neng)最(zui)(zui)大程(cheng)度地(di)提(ti)(ti)高性(xing)(xing)(xing)能(neng)和降低(di)功耗，加(jia)快产品上市、削减材料成本(ben)以及增强系(xi)统(tong)(tong)可靠(kao)性(xing)(xing)(xing)。

图：Altera的Enpirion电源SoC解决方案与Arria 10 FPGA结合使用，大(da)大(da)降低(di)功耗并(bing)提高(gao)系统性能。

此(ci)外，电(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC的(de)模块化(hua)(hua)趋势还体现在(zai)与板上(shang)其(qi)他芯(xin)片的(de)“集(ji)成化(hua)(hua)”上(shang)，市场上(shang)电(dian)源(yuan)(yuan)管(guan)理(li)(li)IC与主控芯(xin)片之间通信及监控等功能的(de)集(ji)成化(hua)(hua)也在(zai)日(ri)益增多。张伟超提到，未来，Altera将(jiang)会利用(yong)Enpirion公司在(zai)电(dian)源(yuan)(yuan)方面的(de)技术，将(jiang)某些电(dian)源(yuan)(yuan)模块集(ji)成进FPGA内部，使得系统(tong)电(dian)路板电(dian)路更加(jia)简洁，功耗和成本都得到优化(hua)(hua)处(chu)理(li)(li)，并更加(jia)简化(hua)(hua)FPGA系统(tong)的(de)开发。

智能化提升智能性

而电(dian)(dian)源(yuan)管(guan)理(li)IC的(de)智能(neng)(neng)(neng)化(hua)亦是大势(shi)使(shi)然，或才能(neng)(neng)(neng)主动“配合”平台(tai)主芯(xin)片(pian)的(de)功能(neng)(neng)(neng)不(bu)断(duan)升级的(de)需(xu)(xu)求。张伟(wei)超介绍说，随着(zhe)系统(tong)功能(neng)(neng)(neng)越(yue)(yue)来(lai)越(yue)(yue)复杂，对(dui)(dui)能(neng)(neng)(neng)耗的(de)要(yao)求越(yue)(yue)来(lai)越(yue)(yue)高，客户对(dui)(dui)电(dian)(dian)源(yuan)运行状态的(de)感知(zhi)与控(kong)制的(de)要(yao)求越(yue)(yue)来(lai)越(yue)(yue)高，电(dian)(dian)源(yuan)设计人(ren)员不(bu)再满(man)足于(yu)实时监控(kong)电(dian)(dian)流、电(dian)(dian)压、温(wen)度，还提出(chu)了诊断(duan)电(dian)(dian)源(yuan)供应情况(kuang)、灵活设定每个输(shu)出(chu)电(dian)(dian)压参(can)数的(de)要(yao)求。此外，电(dian)(dian)源(yuan)管(guan)理(li)IC必须(xu)(xu)和(he)电(dian)(dian)路(lu)板上所需(xu)(xu)要(yao)供电(dian)(dian)的(de)设备进行有效地连接(jie)，因系统(tong)要(yao)求电(dian)(dian)源(yuan)子(zi)系统(tong)和(he)主系统(tong)之间更加(jia)实时的(de)合作与配合，甚(shen)至要(yao)支持通过(guo)云端进行的(de)监控(kong)去(qu)管(guan)理(li)，智能(neng)(neng)(neng)化(hua)的(de)管(guan)理(li)和(he)调控(kong)已成必须(xu)(xu)。

如何去(qu)实(shi)(shi)现(xian)智能化(hua)?张伟(wei)超表(biao)示，这(zhei)需(xu)(xu)(xu)要(yao)在(zai)(zai)(zai)两个方面下工夫，一(yi)是电源(yuan)(yuan)管理IC要(yao)实(shi)(shi)现(xian)与(yu)内核通信，各部分之(zhi)间可(ke)相互沟(gou)通交流，及(ji)时动(dong)态的(de)(de)控(kong)制加上无缝(feng)的(de)(de)沟(gou)通可(ke)成(cheng)就(jiu)一(yi)个智能化(hua)的(de)(de)电源(yuan)(yuan)管理系(xi)统，能够(gou)实(shi)(shi)时地对系(xi)统变(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)供电需(xu)(xu)(xu)求进(jin)行检测(ce)分析和响应，从而大(da)大(da)提高系(xi)统的(de)(de)效率。二是内部参(can)数(shu)可(ke)实(shi)(shi)现(xian)在(zai)(zai)(zai)线调整，这(zhei)就(jiu)意味着(zhe)电源(yuan)(yuan)的(de)(de)动(dong)态特性是可(ke)变(bian)(bian)的(de)(de)，能顺应负载在(zai)(zai)(zai)相当大(da)的(de)(de)范(fan)围内变(bian)(bian)化(hua)同时还(hai)能保证一(yi)定的(de)(de)性能，数(shu)字电源(yuan)(yuan)在(zai)(zai)(zai)这(zhei)方面发挥(hui)重(zhong)要(yao)作用，同时还(hai)需(xu)(xu)(xu)要(yao)不断在(zai)(zai)(zai)控(kong)制算法、自适应方面实(shi)(shi)现(xian)突破。

Altera通过不(bu)断创新，在这方(fang)面实现(xian)了(le)新的(de)进展。不(bu)久前，Altera在亚太地区的(de)14个(ge)城市举办2015年(nian)Altera技术日活(huo)动，展示了(le)最(zui)新的(de)FPGA、SoC及(ji)Enpirion电源解决方(fang)案。其中，Arria 10和(he)(he)Enpirion的(de)数(shu)字PowerSoC相结合,实现(xian)了(le)智能化(hua)的(de)FPGA电源系统(tong)和(he)(he)最(zui)低的(de)功耗。其具体特性包括以下几(ji)个(ge)方(fang)面：

1. FPGA设计的所(suo)有(you)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)供(gong)电(dian)(dian)(dian)要(yao)求(qiu)会(hui)导致(zhi)建立FPGA电(dian)(dian)(dian)源(yuan)树，不(bu)同资(zi)源(yuan)要(yao)求(qiu)有(you)不(bu)同的上电(dian)(dian)(dian)顺序(xu)，这对电(dian)(dian)(dian)源(yuan)转(zhuan)换器(qi)提出了更高要(yao)求(qiu)。Enpirion器(qi)件具有(you)“Power OK”或者“Power Good”引脚，支持(chi)对FPGA中不(bu)同资(zi)源(yuan)的电(dian)(dian)(dian)源(yuan)轨的分(fen)组排(pai)序(xu)，向系统控制(zhi)器(qi)或者排(pai)序(xu)器(qi)件发(fa)出信号，某一FPGA输入已经接通电(dian)(dian)(dian)源(yuan)，可以开始下一排(pai)序(xu)步(bu)骤;

2. 另一常见的(de)(de)(de)(de)系(xi)(xi)统电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)要求是能(neng)够进(jin)行远(yuan)(yuan)程监视(shi)，对电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)各参数(shu)进(jin)行实时(shi)监视(shi)、故障报警和(he)相应(ying)调(diao)节。而最(zui)简单(dan)、最(zui)便宜、最(zui)紧凑的(de)(de)(de)(de)方式(shi)是使用集成(cheng)了远(yuan)(yuan)程监视(shi)功能(neng)和(he)相应(ying)的(de)(de)(de)(de)通(tong)(tong)(tong)信总线的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)调(diao)节器。通(tong)(tong)(tong)过(guo)智能(neng)电(dian)(dian)(dian)压ID(SmartVID)特性(xing)，Altera的(de)(de)(de)(de)Arria 10 FPGA和(he)SoC通(tong)(tong)(tong)过(guo)PMBus接口，确(que)定与Enpirion电(dian)(dian)(dian)压调(diao)节器系(xi)(xi)统之间所需的(de)(de)(de)(de)VCC电(dian)(dian)(dian)压和(he)通(tong)(tong)(tong)信，将内核(he)电(dian)(dian)(dian)压轨(gui)尽可(ke)(ke)能(neng)动(dong)态调(diao)整到(dao)最(zui)小，而不会牺牲系(xi)(xi)统性(xing)能(neng)。同时(shi)，支持PMBus的(de)(de)(de)(de)Enpirion的(de)(de)(de)(de)ED8101P0xQI单(dan)相数(shu)字控制器，与ET4040QI大电(dian)(dian)(dian)流电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)配对使用，可(ke)(ke)实现对FPGA的(de)(de)(de)(de)多种远(yuan)(yuan)程监视(shi)和(he)低功耗特性(xing)。

FPGA电(dian)(dian)(dian)源供(gong)电(dian)(dian)(dian)设计(ji)有一些常见的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)。理(li)解(jie)FPGA设计(ji)和(he)应(ying)用怎样(yang)影(ying)响功(gong)耗和(he)电(dian)(dian)(dian)源供(gong)电(dian)(dian)(dian)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)会让设计(ji)更(geng)清(qing)晰，更(geng)容(rong)易(yi)成(cheng)功(gong)。Altera的(de)(de)Enpirion电(dian)(dian)(dian)源解(jie)决方案设计(ji)满足了这些苛刻的(de)(de)FPGA电(dian)(dian)(dian)源要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)。未来的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)子系(xi)统(tong)功(gong)能(neng)(neng)将日益(yi)复杂、多(duo)样(yang)和(he)智能(neng)(neng)化，对(dui)电(dian)(dian)(dian)源管(guan)理(li)系(xi)统(tong)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)也(ye)越(yue)来越(yue)高(gao)。深入地理(li)解(jie)各个系(xi)统(tong)的(de)(de)特性和(he)供(gong)电(dian)(dian)(dian)需求(qiu)(qiu)(qiu)，并顺应(ying)数字化、模(mo)块化和(he)智能(neng)(neng)化的(de)(de)发(fa)展趋势，才能(neng)(neng)够为系(xi)统(tong)提(ti)供(gong)度身定制(zhi)的(de)(de)“完美”供(gong)电(dian)(dian)(dian)保障(zhang)。

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