什么是未來(lái)電源管理產(chǎn)品的發(fā)展方向？近日，在Altera 2014年度技術(shù)巡展北京站舉行期間，Altera公司Enpirion產(chǎn)品高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理張偉超總結(jié)了電源管理產(chǎn)品技術(shù)趨勢(shì)，并介紹了Enpirion產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

圖：Altera公司Enpirion產(chǎn)品高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理張偉超

張偉超認(rèn)為電源管理產(chǎn)品的發(fā)展方向可以歸結(jié)為三類。一是小型化，以滿足終端產(chǎn)品更加小巧的需要；二是高效、高可靠性，以實(shí)現(xiàn)更低的功耗同時(shí)顯著延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命；三是電源管理數(shù)字化，系統(tǒng)更加智能化。

其中，電源管理產(chǎn)品的數(shù)字化尤為重要。一方面，無(wú)論是小到手機(jī)等通信設(shè)備，還是大型工業(yè)設(shè)備，乃至汽車和飛機(jī)，終端產(chǎn)品采用的處理器能力比以往顯著增強(qiáng)，而這些先進(jìn)處理器的發(fā)展的趨勢(shì)是核心電壓值大大降低。以FPGA為例，以往的供電電壓是2V或1V，現(xiàn)在很多FPGA的核心電壓僅為0.9V或0.8V。在這種情況下，如何確保電源穩(wěn)壓器能夠輸出這么低的電壓，同時(shí)又達(dá)到0.5%或1%的電壓穩(wěn)壓精度呢？傳統(tǒng)的模擬控制環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)這么高的穩(wěn)壓精度，或者在時(shí)間上時(shí)效上存在一些誤差，數(shù)字化的電源管理產(chǎn)品是有效的解決方案。

另一方面，處理器的性能不斷增強(qiáng)，也使得數(shù)字負(fù)載的變化比以往更為復(fù)雜了。以大家最熟悉的智能化的便攜設(shè)備為例，如手環(huán)等可穿戴設(shè)備。這些電池供電設(shè)備在不使用的時(shí)候，也就是相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都處在睡眠模式。睡眠模式消耗的靜態(tài)電流決定了這個(gè)設(shè)備的電池使用壽命。這類數(shù)字負(fù)載工作在睡眠狀態(tài)或者其他工作模式下的電壓需求是不同的。如何監(jiān)控負(fù)載的變化從而能夠提供一個(gè)符合它需求的穩(wěn)壓精度和電流？這也只有數(shù)字電源能夠?qū)崿F(xiàn)，因?yàn)閿?shù)字電源中集成了數(shù)字內(nèi)核，有通信接口與主處理器相連，可以和主處理器進(jìn)行雙向通信。在主處理器探知它需要不同的工作模式之后，就可以把這些指令發(fā)給數(shù)字化的電源管理芯片，電源管理芯片則根據(jù)這些指令做出適時(shí)的調(diào)整。

以下圖所示的30A digital powerSOC with PMbus為例，它能夠通過(guò)內(nèi)置的SmartVID接口與Arria 10 FPGA通信，電源芯片內(nèi)部的DSP會(huì)對(duì)Arria 10主處理器給出的指令進(jìn)行分析和運(yùn)算，然后提供滿足主處理器需求的核心電壓供電，幫助主芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)降低靜態(tài)功耗。

 
圖：30A digital powerSOC with PMbus通過(guò)SmartVID接口與Arria 10 FPGA通信

數(shù)字化是Enpirion產(chǎn)品的一大特色，除此之外，Enpirion還具有高效率、低紋波的優(yōu)勢(shì)。隨著FPGA等產(chǎn)品的演進(jìn)，越來(lái)越多的器件都是數(shù)模混合，帶有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或集成射頻功能。其中模擬電路部分對(duì)噪聲非常敏感，有時(shí)不得不犧牲效率選擇低噪聲的線性穩(wěn)壓器。Enpirion實(shí)現(xiàn)高效率兼顧低噪聲，得益于獨(dú)有的MEMS電感和開關(guān)MOS管技術(shù)。

隨著電子設(shè)備功能不斷增強(qiáng)、電路設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性遇到了新的挑戰(zhàn)。包括一些二極管、電阻、電容在內(nèi)的被動(dòng)器件可靠性并不一致，而采用Enpirion可以有效簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)所需的被動(dòng)元件。Enpirion器件本身也經(jīng)過(guò)全面仿真、特性測(cè)試和驗(yàn)證，確保了系統(tǒng)的高可靠性。

Enpirion的一個(gè)重要特點(diǎn)是使用非常方便，模塊化的產(chǎn)品可以在電路板上即插即用，減少了電源設(shè)計(jì)的迭代的時(shí)間，縮短了設(shè)計(jì)流程，幫助客戶降低整體的開發(fā)成本，包括系統(tǒng)維護(hù)成本，散熱成本，比如加風(fēng)扇、散熱片，這些額外的維護(hù)成本我們都可以幫助客戶降低。此外，Enpirion尺寸非常小巧既可以縮小PCB尺寸，又降低了EMI。這些優(yōu)勢(shì)使得Enpirion有效提高了系統(tǒng)的整體功率密度。