當今，面向電信及數據通信市場(chǎng)的先進(jìn)電子系統大量依賴(lài)于高性能、精細線(xiàn)度數字IC（FPGA、DSP和/或ASIC）快速有效地處理對時(shí)間敏感的數字數據。對更高帶寬的需求已迫使這些數字IC的制造商追求領(lǐng)先的工藝技術(shù)，以便在將功耗降至最低時(shí)優(yōu)化性能。但是，這一趨勢也產(chǎn)生了前幾代工藝中所沒(méi)有的多種電源管理問(wèn)題。降低內核電壓電平提高負載電流，采用亞100納米工藝技術(shù)實(shí)現的更小芯片尺寸使這些IC中的電流密度急劇增加。此外，分離的電壓層與多核架構的使用還迫使系統設計人員提供更多的獨特電壓層，以及在這些電壓之間提供特定的排序。外部電源管理IC已可提供，它們可解決這些高端系統所產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，但如何使這些IC與電源轉換塊無(wú)縫協(xié)作仍是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，這經(jīng)常需要多個(gè)分立元件并進(jìn)行大量軟件開(kāi)發(fā)。
另一個(gè)棘手的問(wèn)題來(lái)自難以預料的FPGA或ASIC最佳運行參數的變化。最終的特性結果有時(shí)會(huì )迫使設計人員在構建了初始硬件后更改他們的設計，從而導致他們在以下兩個(gè)方面上很難做出決定：利用性能更低的產(chǎn)品抓住所需的市場(chǎng)商機，還是冒可能給予競爭對手上市時(shí)間優(yōu)勢的延誤風(fēng)險。根據所選的電源架構，這種更改可能如同以下情況那樣復雜：需要額外電壓域和新的排序，以及調整系統的熱作業(yè)面（operating profile），以確保在同一位置出現更高的總功耗時(shí)保持可靠性。
具有整合電源管理的負載點(diǎn)轉換器有助于系統設計人員開(kāi)發(fā)具有分布式智能的電源系統架構。這些架構具有更高的性能，而且比傳統模擬電源架構更容易設計。這種智能電源系統還可使系統設計人員在研發(fā)周期后期快速適應系統要求變化，而且不會(huì )出現大量硬件再設計或重大的軟件開(kāi)發(fā)延遲問(wèn)題，從而縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并可使電源系統架構在具有不同電源要求的眾多產(chǎn)品間輕松地進(jìn)行再利用。

PMBus實(shí)現了兼容性
為簡(jiǎn)化智能電源系統設計，我們必須首先提供大量兼容的電源產(chǎn)品，而且這些產(chǎn)品需要具有實(shí)施復雜電源管理功能所需的靈活性和智能，同時(shí)可減輕結合不同電源元件的負擔。為滿(mǎn)足這一要求，幾家電源IC及電源模塊公司創(chuàng )建了Power Management Bus（PMBus），這是一個(gè)通過(guò)I2C或SMBus硬件接口提供的標準指令集。這種開(kāi)放式標準指令集有助于電源元件制造商（IC及模塊）提供兼容的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可輕松進(jìn)行集成，以創(chuàng )建先前需要大量設計和定制軟硬件的定制智能電源架構。此外，它還提供了標準PMBus命令，以支持多個(gè)電源管理功能，其中包括電壓排序、邊限、電壓、電流及溫度監控，以及廣泛的故障管理。此外，每個(gè)PMBus命令必須由任何相一致的器件（無(wú)論制造商、外形或功率級如何）以同樣方式加以解釋?zhuān)瑥亩�可輕松擴展簡(jiǎn)單的系統軟件工作，以便包含所需數目的電源域。

系統設計示例

表1說(shuō)明了嵌入式電信設計的典型系統電源要求，以及與各種電源域相關(guān)的任何管理要求。電壓與負載電流范圍廣，在整個(gè)工作電壓范圍內測試功能需要電壓邊限，每個(gè)器件的電壓必須能夠動(dòng)態(tài)加以控制，以便在各種工作條件下優(yōu)化性能。此外，還必須監控每個(gè)負載器件的電壓、電流及溫度，以便提供有關(guān)這些高性能、高價(jià)格IC正常情況的準確反饋，并確保系統在指定的溫度范圍內運行�；旌鲜褂枚喾N高密度邏輯IC還需要電壓排序與跟蹤的獨特組合。為實(shí)現系統兼容性并將通過(guò)背板的輸入電流降至最小，我們選擇了12V的輸入總線(xiàn)電壓。這種設計一般涉及多個(gè)電源轉換IC、多個(gè)外部電源管理IC及分立元件，以實(shí)施排序、跟蹤、邊限及監控功能。但通過(guò)使用可與PMBus兼容的產(chǎn)品，利用最少的獨特電源轉換IC及最少的器件間連接（如圖1所示）即可輕松構建該系統。

對于更高的電流供應，我們選擇了單相PMBus DC/DC控制器（ZL2005），因為該控制器能夠靈活地處理高達30A的負載電流，而且通過(guò)與多個(gè)器件并聯(lián)，它還能夠傳輸更高的負載電流。對于低電流（低于3A）供應，我們選擇了具有整合MOSFET的PMBus DC/DC轉換器（ZL2105），因為其外形較小。每個(gè)器件中均整合了所有必需的電源管理功能，因此可非常輕松地根據每個(gè)設備的單獨要求對它們進(jìn)行配置，同時(shí)可將分立元件數減至最少，以及最大程度地減小與一般用于配置模擬電源IC的R/C網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的容差。此外，每個(gè)IC均整合了高度精確的溫度傳感器，從而使為特定負載IC供電的IC能夠實(shí)時(shí)監控其溫度。

無(wú)需使用排序器進(jìn)行排序
這些IC的眾多獨特功能之一是它們能夠在無(wú)需外部排序器IC或軟件開(kāi)發(fā)的情況下實(shí)施確定性的排序算法。利用簡(jiǎn)單的引腳連接可設定每個(gè)IC的輸出電壓上升持續時(shí)間，并可對每個(gè)電源加以配置，使其在特定時(shí)間開(kāi)始輸出上升，或者跟隨另一個(gè)系統電壓的輸出上升。通過(guò)將跟蹤器件的VTRK引腳與將加以跟蹤的電壓相連，還可輕松配置電壓跟蹤；可使用相同引腳連接方法選擇一致跟蹤或比例跟蹤。使用這種簡(jiǎn)單方案可快速配置整個(gè)系統排序順序和/或跟蹤比率，無(wú)需主機處理器或軟件開(kāi)發(fā)。圖2顯示了多個(gè)電壓間排序與一致跟蹤的最終組合。

 

適應系統要求的變化
當為高性能數字IC供電時(shí)，例如FPGA、DSP及ASIC，初始化硬件后電壓與排序要求經(jīng)常會(huì )發(fā)生變化。例如，在最初測試后，確定只有在第一次對邏輯電源加電或在FPGA內核供電前對FPGA I/O電源加電（與最初設計假設相反）時(shí)系統性能才能符合設計目標。使用傳統電源管理IC實(shí)施這種更改將需要進(jìn)行硬件及系統軟件更改，從而會(huì )失去關(guān)鍵的市場(chǎng)機會(huì )。但使用支持PMBus的電源管理IC，這些更改可通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的PMBus命令重新配置排序來(lái)加以實(shí)施。系統修改僅限于非常簡(jiǎn)單的軟件更改，無(wú)硬件更改，從而可使設計人員保持相同的項目期限。圖3顯示了已快速進(jìn)行了重新配置的新排序。