數字多相控制器為商用與消費性設備提升能效

對于高性能服務(wù)器和桌上型系統設計人員來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)能源成本快速攀升，功率已成為產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵一點(diǎn)也不令人意外。但為了符合當前新一代低壓、高頻處理器的需求，電源管理也面臨著(zhù)許多新的挑戰。

目前的微處理器、繪圖處理器和內存模塊正迅速從低頻轉向高頻設計，迫使電源設計者必須滿(mǎn)足越來(lái)越嚴苛的電源調整需求，對于更精密規格的要求也不斷增多。過(guò)去，3.3V的處理器也許可在15A的負載下執行；如今，低電壓CPU多半要求在低于1V的電壓下提供高達150A的電流。

盡管出現了許多快速變化，系統設計人員仍大多仰賴(lài)過(guò)去常用的模擬方法來(lái)進(jìn)行電源管理。這些方法通常使用監控技術(shù)與反饋回路，因而必須在控制回路中建置大量外部組件，從而最大化功效。再者，隨著(zhù)性能需求提升和新功能增加，這些電源管理設計需要更多的外部組件，因而更增加了設計的復雜度、電路板面積以及成本。

理論上而言，采用數字控制的電源管理方法可為電源監控帶來(lái)相當大的優(yōu)勢。例如，當工作頻率改變時(shí)，設計人員可輕松地從緩存器中選取一個(gè)值，而不必在設計中增加一個(gè)組件。相較于廣泛使用的模擬方法，精確的數字方法能提供更為明顯的高精密度。在諸如繪圖板卡等具高度競爭且時(shí)間受限的市場(chǎng)中，這種彈性度或許能在OEM建構其系統的同時(shí)，也使系統設計人員持續為其設計進(jìn)行最佳化。由于不必改變組件就能最佳化系統，“設計人員唯一要做的就是以電子郵件發(fā)送一個(gè)以I2C接口加載芯片中的設定文件?！庇w凌科技(Infineon Technologies)旗下子公司Primarion的營(yíng)銷(xiāo)副總裁Deepak Savadatti表示。

但早期的數字建置方案面臨許多明顯的阻礙。隨著(zhù)目前處理器轉換速率逐步提升，瞬態(tài)響應也因而導致相當大的問(wèn)題。雖然模擬方案僅受限于反饋回路中電阻與電容器的性能，但數字方案卻必須克服嚴重的延遲問(wèn)題，因為它們必須藉由模擬數字轉換器(ADC)來(lái)處理數字輸出訊號再將該訊號轉換為模擬形式，以供應輸出電壓。但更糟的是，相較于采用模擬方案，打算建置數字控制方案的設計人員還面臨著(zhù)更嚴重的成本議題。

多相設計進(jìn)展

許多小型電源管理IC制造商的設計人員已著(zhù)手開(kāi)發(fā)可解決上述挑戰的新型控制器。透過(guò)結合創(chuàng )新的數字電路和混合訊號多相同步降壓控制器，這些新組件可讓系統設計人員更有效率地管理系統CPU、GPU和內存模塊中的核心電壓和負載需求。另外，由于采用了新的數字控制技術(shù)，這些多相降壓控制器可在設計人員進(jìn)行設計時(shí)提供多種選擇，以提升其設計性能、管理熱問(wèn)題并減少組件數量。
“長(cháng)久以來(lái)，模擬途徑一直是廣受業(yè)界選用的方案?！盨avadatti表示，“但數字控制器在一些市場(chǎng)領(lǐng)域中也正逐漸展開(kāi)其實(shí)際應用，例如高性能服務(wù)器；這些領(lǐng)域的制造商長(cháng)久以來(lái)一直盼望能采用新方法來(lái)為其系統增添智能化，并使系統變得更具可靠性?！?

Primarion公司于去年7月推出一款針對VR11.1系統所設計的新型數字多相控制器──PX3560，它可在任何負載條件下提供90%以上的效率。該控制器具有多達6個(gè)相位，每一相位可在1MHz下執行，也能用于開(kāi)發(fā)可實(shí)現高達200A電流的DC-DC轉換器。

為了能在整個(gè)負載范圍內實(shí)現最佳化效率，這些新型控制器可在較輕負載時(shí)根據使用者定義的平均電流自動(dòng)調低或關(guān)閉相位?！爱斄魍繙p緩且處理器汲取的電流從130A下降到25A時(shí)，數據中心管理人員希望電壓穩壓器仍能實(shí)現最大化效率?！盨avadatti表示，“透過(guò)這一相位調整技術(shù)，我們可使功率提升約4%到6%?！?

其它如Volterra半導體等供貨商則將穩壓器的更多功能劃分到混合訊號上。美國Fremont公司提供可擴展的芯片組，同時(shí)也提供具有不同數字控制程度的分離式穩壓器。

由于IT管理人員必須極力控制數據中心的能耗成本，這些新款多相控制器可為其提供顯著(zhù)的功率節省?！霸谧畛醯臏y試中，透過(guò)功效的提升，我們估計可在具有8個(gè)刀鋒的服務(wù)器的典型配置中節省達150W的功率，且同時(shí)能滿(mǎn)足快速的瞬態(tài)響應要求?！泵绹橹菀患襊MIC開(kāi)發(fā)商Chil Semiconductor公司營(yíng)銷(xiāo)副總裁Larry Spaziani表示。

不久前，Chil發(fā)布了一款六相以及首款八相兼容VR11.1的降壓控制器。如同其它競爭者一樣，Chil公司也聲稱(chēng)在所有負載范圍下，其組件均可提供超過(guò)90%的效率。為了滿(mǎn)足兼容于VR11.1 標準的CPU對于快速瞬態(tài)響應要求，新的控制器采用一種經(jīng)過(guò)最佳化的模擬數字轉換器架構，可支持2,000A/micro以上的瞬態(tài)響應。

為了支持游戲/玩家對于更高性能的桌上型PC應用需求，Chil公司的八相CS8618控制器還提供諸如客制數字超頻(overlocking)等功能，可使用戶(hù)將電壓范圍擴展到2.4V。