數字電源管理的幾種主要架構

隨著電源管理技術的發展，數字電源管理逐步成為業界公認的發展方向，I2C/SMBus物理接口成為通用的標準數字電源管理接口，PMBus協議也成為通用數字電源管理協議。但是在不同的應用階段和應用環境下，數字電源管理技術也衍化為幾種不同的系統架構。

使用集中式的數字電源管理IC+模擬電源產品， 這種架構多見于幾年前的設計。由于系統廠商對于電源監測和控制的需要，而數字控制式電源產品的相對稀缺，這種架構暫時可以滿足系統設計廠商的需求，從而被廣泛應用于各種高性能系統。這種架構的特點就是使用帶有電壓、電流采樣的專用數字IC，對每個分立式的模擬電源的輸入輸出電壓、電流等進行采樣然后經過系統分析進行調節或者輸出到主控IC。這種架構我們可以稱之為集中式數字電源管理架構(圖1)。這類方案的代表作為Linear Technology的LTC2978。

圖1，集中式數字電源管理架構。

單個電源管理IC集成多路電源軌，系統主控IC通過總線對各個電源軌進行監控。這種系統架構也就是我們通常所說的PMIC架構。這種架構多用于小維型系統，例如手持設備等。這種系統一般情況只需使用單個PMIC來管理整個系統。系統主控IC通過PMIC的I2C/SMBus接口直接管理各個電源軌，達到高效和高集成度的目的。這類產品的代表作有Intersil公司的ISL9305H，這個產品在單個芯片中集成了兩路開關穩壓器和兩路線性穩壓器，使用I2C的標準接口與主控IC進行通信，達到高集成度和可控性的目的。

使用帶有I2C/SMBus接口的專用數字電源產品，系統主控IC通過總線對各個分立式電源軌進行管理，這種架構的特點是使用通用的數字式電源管理產品，每個系統電源軌通過獨有的地址連接到系統總線上，主控IC通過地址對相應的電源軌進行監測和控制。這類產品的代表作有Intersil的Zilker Labs數字電源產品系列(圖2)。

圖2，分布式數字電源管理架構。

不同數字電源管理架構的特點

第一種架構由于實現比較簡單，系統設計者可以保持原有的模擬電源產品不變，只是外加一個專用的數字電源管理IC就可以實現，因而被廣泛應用于現有的各種高性能的系統中。但這種架構也有其固有的缺點，由于系統中的各個電源軌分布于系統板的不同位置，管理IC需要單獨對每個電源軌進行采樣、檢測和控制，這樣就需要為每個電源軌配置復雜的電壓、電流以及溫度等監控電路。一方面，模擬電源解決方案本身需要大量的外圍電路保證其可靠性，同時外圍的監控線路還會增加系統板的布線困難，從而降低系統板的集成度;另一方面，這些監控線路多是小信號線路，抗干擾能力差，很容易受到外部噪聲的干擾造成采樣錯誤，從而導致可靠性問題。

第二種架構，由于PMIC產品本身的局限性，雖然其可靠性和功率密度都非常好，但是適應性較差，只適用于某些特定的小微型系統;而大型系統，例如工業控制系統、通信基站系統、高速數據處理系統等應用，由于系統功能復雜，功能模塊多，供電模塊功率也大得多，電源管理系統比較復雜，PMIC滿足不了這類應用。而對于像手機、手持式移動互聯網設備這種類似的小微型系統，由于其功能模塊相對固定，供電架構就比較單一，PMIC恰恰可以滿足這類設備的要求，將系統所需要的所有電源軌集成到單個電源管理IC中，將電源管理方案的集成度提到最高。

第三種架構由于實現簡單，控制策略方便易行，同時通過總線對各個分立的電源軌進行控制，外部走線少，可靠性高，抗干擾能力強，因而近年開始被廣泛應用于各個高性能及高集成度的系統中。另外傳統的高性能電源芯片供應商Intersil、Linear、TI等都有相應的數字電源解決方案，隨著其推廣力度的加強及出貨量的增加，成本也已經降低到了一個合理的范圍內，系統設計者開始越來越青睞這種方案了。

而這其中的佼佼者Intersil， 更是將數字電源產品的優點發揮到了極致，極大地推進了分布式數字電源系統的發展。Intersil的Zilker Labs系列數字電源管理控制芯片采用先進的全數字