整合與分布式智能成為電源系統設計的主要趨勢

最近幾年的電源供應設計和電源管理發(fā)展趨勢已經(jīng)反映出整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)都能見(jiàn)到的許多動(dòng)態(tài)，例如零件整合度日益增加、利用數字組件來(lái)加強或取代傳統模擬電路的做法更加普遍、以及在前兩個(gè)趨勢影響下，越來(lái)越多智能型功能開(kāi)始分布至整個(gè)電源系統；毫無(wú)疑問(wèn)的，這些力量將在未來(lái)的幾年內繼續影響電源零件。此外，某些特殊應用的電源系統設計技巧也已出現，它們也將塑造電源零件的本質(zhì)和功能。 

       在這些特殊應用的眾多發(fā)展趨勢當中，最主要的趨勢是把行動(dòng)電話(huà)設計技巧和方法應用到其它行動(dòng)通訊、運算和消費性電子裝置的電源系統，例如PDA、數字相機、混合式智能型手機和其它產(chǎn)品。 

       電源系統單芯片(power-system-on-a-chip) 的整合 

       無(wú)論就整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)而言，或是針對行動(dòng)應用來(lái)說(shuō)，零件整合長(cháng)期以來(lái)就是它們的重要支柱之一；最值得注意的是，行動(dòng)電話(huà)的電源供應設計也是遵循這個(gè)趨勢，朝向更高階的芯片整合度發(fā)展。 

       行動(dòng)電話(huà)的電源系統曾經(jīng)是由許多離散模擬零件組成，但這樣的日子已一去不回。最初的功能整合在于盡量縮小這些離散式電源零件的體積，隨后則是把它們整合至一顆或少數幾顆電源管理組件?，F在，這些電源零件開(kāi)始加入越來(lái)越多的功能和智能，它們的應用范圍也逐漸跨出行動(dòng)電話(huà)產(chǎn)業(yè)，進(jìn)入各種不同類(lèi)型的掌上型裝置。 

       芯片整合的理由對于整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)都相同：把更多功能整合至更少零件后，產(chǎn)品成本即可大幅下降，因為制造這些產(chǎn)品所需的組件數目和電路板面積都會(huì )減少、產(chǎn)品的組裝和制造程序會(huì )更簡(jiǎn)單、更高的系統可靠性還能縮短測試時(shí)間。此外，更高階的芯片整合度也能提高發(fā)展流程效率，進(jìn)而加快制造商的新產(chǎn)品上市時(shí)間；由于他們能更快在市場(chǎng)上推出新產(chǎn)品，芯片整合度確保產(chǎn)品上市時(shí)擁有極大競爭力。 

       TI提供的TPS65010電源組件就是高整合度、高功能電源系統單芯片 (power-system-on-a-chip) 的最新范例。這顆組件專(zhuān)門(mén)支持各種行動(dòng)應用的電源管理需求，包括PDA、數字相機、多媒體智能型手機和其它產(chǎn)品；無(wú)論是任何系統，只要它們使用單顆鋰離子電池或是鋰聚合物電池，并且包含多組電源線(xiàn)路和多顆先進(jìn)應用處理器，TPS65010就能做為它們的電源系統。 




       TPS65010整合了電源系統的所有重要建構方塊，包括用于交換式電源轉換和電池充電的整合式FET晶體管；TPS65010還整合復雜先進(jìn)的電池和電源管理智能，滿(mǎn)足今日高效能、功耗處理器所需，例如TI提供的OMAP處理器。TPS65010體積很小，最多只需要離散式解決方案的1/3電路板面積，但卻內建兩個(gè)同步直流降壓轉換器和整合式FET晶體管、提供系統電源的1 A轉換器以及提供處理器核心電源的400 mA轉換器；在最大工作模式下，TPS65010可以達到97%的轉換效率。 

       TPS65010還整合其它多種功能，它們是行動(dòng)電話(huà)應用以外的其它電源管理組件比較少看到的，例如這顆零件包含TI最新的線(xiàn)性電池充電器技術(shù)和1 A充電FET晶體管，使得這顆零件可以使用來(lái)自USB連接埠或者外接式電源供應器的電源。TPS65010內建智能型功能，可以自動(dòng)選擇USB或電源供應器做為充電電源；這顆組件所整合的充電器技術(shù)還提供高精準度的穩流和穩壓能力、充電狀態(tài)顯示、充電終止和安全定時(shí)器。 

       數字零件改變電源系統設計 


       TPS65010利用它所擁有的高階整合度以及更強大功能，證明電源系統設計為什么正在轉向數字技術(shù)。當數字電路加入電源系統后，更多的智能即可內建至電源系統，進(jìn)而減少系統主機處理器的工作負擔，使它能夠執行對于系統成敗更重要的工作。透過(guò)這樣的方式，數字加強型電源供應就成為最佳化的系統外圍，它可以連接至操作系統，以便提供監督和控制功能。 

       此外，數字組件的延展性也優(yōu)于模擬組件，因此隨著(zhù)數字制程越來(lái)越精密，數字電源芯片也會(huì )變得更小，使它們所需的電路板面積隨之減少。若只利用模擬技術(shù)來(lái)實(shí)作電源供應的組態(tài)設定和監督，電路通常會(huì )變得很復雜，閑置電源的功耗也更大。體積較小的數字電源組件則能提供多種工作模式，減少電源子系統的功耗，這表示電源管理系統只會(huì )消耗更少的系統電源，使得更多電力能夠提供給系統使用。 

       某些電源系統已開(kāi)始從模擬轉向數字，受到這個(gè)趨勢影響，電源系統設計人員必須掌握新的設計技巧；最后，這個(gè)轉變過(guò)程會(huì )迫使電源系統設計人員以數字方式思考，并對操作系統有更深入的了解。 

       朝向數字電源的趨勢已產(chǎn)生多種效果，行動(dòng)通訊系統處理器與電源子系統的互動(dòng)方式就是個(gè)例子；過(guò)去，當電源子系統還不是那么先進(jìn)，并且主要包含模擬零件時(shí)，基頻處理器必須透過(guò)不同接腳，才能把基本的開(kāi)機／關(guān)機命令送給電源子系統。隨著(zhù)更多數字技術(shù)用于電源組件，并使它們變得更聰明，基頻處理器和數字電源管理組件就能以更復雜的信息和命令相互溝通。要讓這樣的芯片對芯片互動(dòng)達到可接受的效能水準，處理器和數字電源管理組件之間就需要更先進(jìn)的界面，例如I2C™就是適合此用途、而且功能更強健可靠的界面之一。 

       在主機處理器和電源系統之間使用強健可靠界面的影響之一，是電源系統設計人員現在必須學(xué)習如何利用完整復雜的界面，而不僅是簡(jiǎn)單的開(kāi)機和關(guān)機線(xiàn)路。某些電源系統設計人員正在第一次學(xué)習如何管理界面，使得電源管理組件能和主機處理器所執行的操作系統溝通；在許多情形下，這牽涉到學(xué)習新的程序設計工具和語(yǔ)言 - 當電源系統的絕大多數零件是模擬組件時(shí)，設計人員并不需要使用這些工具或語(yǔ)言。