Enpirion助系统实现更高功率密度

什么是未来电源管理产品的发展方向？近日，在Altera 2014年度技术巡展北京站举行期间，Altera公司Enpirion产品高级业务经理张伟超总结了电源管理产品技术趋势，并介绍了Enpirion产品的技术优势。

图：Altera公司Enpirion产品高级业务经理张伟超

张伟超认为电源管理产品的发展方向可以归结为三类。一是小型化，以满足终端产品更加小巧的需要；二是高效、高可靠性，以实现更低的功耗同时显著延长产品的寿命；三是电源管理数字化，系统更加智能化。

其中，电源管理产品的数字化尤为重要。一方面，无论是小到手机等通信设备，还是大型工业设备，乃至汽车和飞机，终端产品采用的处理器能力比以往显著增强，而这些先进处理器的发展的趋势是核心电压值大大降低。以FPGA为例，以往的供电电压是2V或1V，现在很多FPGA的核心电压仅为0.9V或0.8V。在这种情况下，如何确保电源稳压器能够输出这么低的电压，同时又达到0.5%或1%的电压稳压精度呢？传统的模拟控制环境很难实现这么高的稳压精度，或者在时间上时效上存在一些误差，数字化的电源管理产品是有效的解决方案。

另一方面，处理器的性能不断增强，也使得数字负载的变化比以往更为复杂了。以大家最熟悉的智能化的便携设备为例，如手环等可穿戴设备。这些电池供电设备在不使用的时候，也就是相当长一段时间内都处在睡眠模式。睡眠模式消耗的静态电流决定了这个设备的电池使用寿命。这类数字负载工作在睡眠状态或者其他工作模式下的电压需求是不同的。如何监控负载的变化从而能够提供一个符合它需求的稳压精度和电流？这也只有数字电源能够实现，因为数字电源中集成了数字内核，有通信接口与主处理器相连，可以和主处理器进行双向通信。在主处理器探知它需要不同的工作模式之后，就可以把这些指令发给数字化的电源管理芯片，电源管理芯片则根据这些指令做出适时的调整。

以下图所示的30A digital powerSOC with PMbus为例，它能够通过内置的SmartVID接口与Arria 10 FPGA通信，电源芯片内部的DSP会对Arria 10主处理器给出的指令进行分析和运算，然后提供满足主处理器需求的核心电压供电，帮助主芯片乃至整个系统降低静态功耗。

 
图：30A digital powerSOC with PMbus通过SmartVID接口与Arria 10 FPGA通信

数字化是Enpirion产品的一大特色，除此之外，Enpirion还具有高效率、低纹波的优势。随着FPGA等产品的演进，越来越多的器件都是数模混合，带有数据转换或集成射频功能。其中模拟电路部分对噪声非常敏感，有时不得不牺牲效率选择低噪声的线性稳压器。Enpirion实现高效率兼顾低噪声，得益于独有的MEMS电感和开关MOS管技术。

随着电子设备功能不断增强、电路设计越来越复杂，系统的可靠性遇到了新的挑战。包括一些二极管、电阻、电容在内的被动器件可靠性并不一致，而采用Enpirion可以有效简化外围电路的设计，减少系统所需的被动元件。Enpirion器件本身也经过全面仿真、特性测试和验证，确保了系统的高可靠性。

Enpirion的一个重要特点是使用非常方便，模块化的产品可以在电路板上即插即用，减少了电源设计的迭代的时间，缩短了设计流程，帮助客户降低整体的开发成本，包括系统维护成本，散热成本，比如加风扇、散热片，这些额外的维护成本我们都可以帮助客户降低。此外，Enpirion尺寸非常小巧既可以缩小PCB尺寸，又降低了EMI。这些优势使得Enpirion有效提高了系统的整体功率密度。