人們需要高效率、低功耗、符合能效規范的電子設備，需要更高性能、更小形狀因數的無(wú)線(xiàn)系統，這為電源和電源管理設計提出巨大的排戰。設計人員要為各種DSP、MCU、FPGA、ASIC、音頻/視頻和顯示電路提供多電壓、更大電流、更高效率、更低功耗、更低噪聲、更小形狀因數的電源和電源管理。為此出現了各種各樣的電源架構來(lái)滿(mǎn)足變化的電源管理要求。
 
分布式電源架構
分布式電源架構（Distributed Power Architecture，PDA）是基站用的第一代電源架構。PDA的一個(gè)實(shí)例示于圖1。這種電源架構對每個(gè)電壓軌用隔離（磚式）電源模塊提供。當電壓軌有限時(shí)，PDA工作良好，但每增加1個(gè)電壓軌，其成本和PCB面積都顯著(zhù)增加。電壓軌時(shí)序也是困難的，需要增加外部電路來(lái)解決電壓軌時(shí)序，這也會(huì )增加成本和板面積。

　　圖1 典型的DPA架構
 
中間總線(xiàn)架構
為了克服DPA尺寸大和成本高的缺點(diǎn)，第二代系統采用中間總線(xiàn)（Intermediate Bus Architecture，IBA）架構。中間總線(xiàn)架構有固定電壓（fixed voltage）IBA，非穩壓（unregulated）IBA和準穩壓（Quasi-regulated）IBA幾種架構。圖2所示的固定電壓IBA采用單個(gè)隔離磚式電源模塊和很多非隔離負載點(diǎn)（Pol）DC/DC變換器。Pol可以是電源模塊（如TI公司的PTH系列），也可以是分立的降壓變換器。隔音變換器的輸入電壓范圍（36~75V或18~36V）與第一代相同。它所產(chǎn)生的中間總線(xiàn)電壓穩定到3.3V，5V或12V。中間總線(xiàn)電壓選擇取決于系統設計師。這種設計的好處是：較小的PCB面積、較低的成本和較容易的電壓時(shí)序（由于有自動(dòng)跟蹤特性）。這種電源架構使效率降低，每個(gè)電壓需要兩次變換。

　　圖2 固定電壓中間總線(xiàn)架構
為了滿(mǎn)足微小區基站設計對高效率和小占位面積的要求，需增加隔離變換器效率，使其工作在固定占空比和不穩壓輸出，這就是非穩壓中間總線(xiàn)結構。這種結構采用非穩壓總線(xiàn)變換器，其輸出電壓是輸入電壓之比（例如TI公司ALD17 5：1變換器產(chǎn)生的輸出電壓是輸入電壓的五分之一）。用這種技術(shù)設計的150W系統的第一變換級用十六分之一磚式變換器效率可達96%。這種架構的限制是總線(xiàn)變換器的最大輸入電壓范圍是36~55V。Pol的輸入電壓必須小于12V，才能使Pol產(chǎn)生1V或小于1V的輸出電壓。
為了滿(mǎn)足一些無(wú)線(xiàn)供應商堅持要保持36~75V傳統寬輸入電壓規格的要求，電源供應商推出準穩壓IBA。這種架構與非穩壓IBA的主要差別是在輸入電壓超過(guò)55~60V范圍，其輸出電壓穩定到10V左右。這種架構的缺點(diǎn)是隔離電源模塊必須增大尺寸來(lái)實(shí)現穩壓電路和在55V以上效率降低。
 
分比式電源架構
分比式電源架構（Factorized Power Architecture，FPA）采用3個(gè)靈活的單元來(lái)重新規定每個(gè)變換級的范圍，使得電源密度和效率都比較高。第1個(gè)單元是總線(xiàn)變換器模塊（BCM），這是1個(gè)窄范圍輸入、非穩壓、高效率總線(xiàn)變換器，它采用ZCS-ZVS正弦幅度變換器（SAC）提供隔離和電壓變換。有高電壓（高達384V）和中電壓（48V）輸入兩個(gè)版本。FPA的第2個(gè)單元是預調器模塊（PRM），這是1個(gè)高效率升壓一降壓變換器。FPA的第3個(gè)單元是電壓變換模塊（VTM），它與PRM組合在一起提供低電壓輸出（如需要可低到0.82V）。FPA單元為電源系統設計提供更大的靈活性、伸縮性和更高的效率（圖3）。就尺寸而言，工作在3.5MHz有效頻率的SAC，對于高電源變換在小封裝中采用平面磁性元件，這種結構使功率密度大于1000W/in3。

　　圖3 FPA系統（效率和尺寸）
新一代SoC電源管理
APC（先進(jìn)的電源管制器）靠動(dòng)態(tài)或表態(tài)管理電源電壓和漏電流，使SoC（系統芯片）能耗最佳化。采用兩種技術(shù)：DVS（Danamic Voltage Scalling）和AVS（Adaptive Voltage Scalling）來(lái)管理SoC電源電壓。APC適用兩個(gè)軟IP版本：APC1和APC2。APC1設計用于單SoC；APC2設計用更復雜SoC電源管理架構，支持個(gè)并行電壓和時(shí)鐘。APC2在內部共享電壓域時(shí)具有控制多個(gè)獨立時(shí)鐘域的能力，這種能力特別重要，這可允許低功率工作。PWI2.0總線(xiàn)接口可使APC2連接到多個(gè)外設器件或另外SoC。圖4示出采用APC2的雙域SoC系統架構。SoC由兩個(gè)主要邏輯單元（硬件加速器和CPU）組成。在每個(gè)電壓域內有1個(gè)用于A(yíng)VS控制的硬件性能監控器（HPM）。時(shí)鐘管理單元為電壓域和HPMs提供時(shí)鐘信號。APC的4個(gè)主要功能單元示于A(yíng)PC2單元內�？刂七壿媶卧�提供主接口（AMBA-APB）、CMU接口和中斷管理服務(wù)。環(huán)路控制器管理AVS模式中的電壓縮放。為DVS支持提供每個(gè)電壓的頻率—電壓表。PWI2.0主機連接SoC到PMIC和其他外設。

　　圖4 采用APC2的雙域SoC系統架構
 
電源管理總線(xiàn)
電源管理總線(xiàn)PMBus為控制電源變換和管理器件規定了數字通信協(xié)議。采用PMBus，根據標準命令集可以配置、監控和操作電源變換器。用PMBus命令，設計師可以設置電源的工作參量、監控電源的工作和根據失效和報警執行正確的測量。
實(shí)現PMBus規范，要求電源和有關(guān)IC設計遵守其所要求的接口命令。SMBus提供主計算機或系統管理器與PMBus依從器件之間的串行通信（圖5）。圖5所示系統可以是：通用微控制器，ASIC，系統操作處理器，FPGA中的備用門(mén)，自動(dòng)測試設備。PMBus器件可以是：Pol模塊，PWM控制器IC，集成FET DC-DC變換器，磚式隔離DC-DC變換器，AC-DC變換器。
Part1包括通用要求，這部分也規定了硬件信號傳輸和電氣接口以及定時(shí)要求；Part Ⅱ規定了用在PMBus中命令語(yǔ)言�！�
為了遵守PMBus規范，器件必須滿(mǎn)足下列條件：
　　器件必須滿(mǎn)足PMBus規范PartI的所有要求；
　　器件至少支持由PMBus規范PartⅡ規定的一個(gè)非制造商專(zhuān)門(mén)命令；
　　若器件接受PMBus命令碼，則它必須執行PMBus規范PartⅡ所描述的功能；
　　若器件不能接受給定的PMBus命令碼，則它必須響應PMBus規范PartⅡ所描述的失效管理和報告；
　　根據電源應用，PMBus器件隨著(zhù)內部或外部編程必須在控制狀態(tài)下起動(dòng)和開(kāi)始工作。

　　圖5 PMBus Version 1.1可管理AC-DC和DC-DC電源
PMBus協(xié)議覆蓋廣泛的電源系統架構和變換器。協(xié)議包括編程電源變換器件失效或報警的能力。對于失效條件，可以編程PMBus器件以立即判斷，閉鎖和重試或關(guān)機前繼續工作一特定延遲時(shí)間來(lái)做出響應。
PMBus與Power-One的Z-One架構（圖6）的主要差別是分配電源管理任務(wù)的方法不同。Z-One分開(kāi)固件使能DPM（數字電源管理器和Pol基DPWM（數字脈寬調制器）IC之間的電源管理任務(wù)。PMBus要求設計師根據PMBus協(xié)議編程計算機，其中很多信息存在系統控制器中。它們之間的另一個(gè)差別是Z-One系統僅僅適合DC-DC變換器工作，而PMBus適合DC-DC和AC-DC變換器。