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[数字电源系列文章]数字电源中的模拟技术比想象的要多

在之前举行的DesignCon大会上,与会者讨论了100GigaBit SerDes:4个25GigiBit通道。我们都知道,比特和数据帧穿越导线进行传输,而且乍看起来这些都是数字通信系统。然而,电源完整性问题涉及到由于电路板布局、封装和芯片所引起大频率范围内(DC至10GHz)的功率分配网络(PDN)阻抗。这是一个涵盖了2D/3D电磁建模、反射、间断性、基准平面变化、以及适当条件下从某种设计(比如:无线电发送器)辐射出去之信号的广阔领域。 还记得近场和远场吗?在大会上的一个演示中我们看到了一款老式的偶极天线,演示人员教授我们怎样设计接地平面系统以制作出色的偶极天线。有一项演示完全阻断了小型手持式晶体管收音机上的某个无线电台,因为电源线是一根天线。 确实是数字的! 世界从本质上说是模拟的,而且这一“陈词滥调”并未过时,我从中获得了极大的安慰。但是很显然,当我为一个Cortex M4插板控制器编写C代码时,问题域和解决方案的构思是数字的。只要旁路电容器保持其完整性、电源参数处于容差范围之内、而且温度稳定,那么它对我来说将保持数字属性。世界的“数字视野”其实只是模拟的一种特殊的“约束场合”,而且就目前而言更是这样了。在DesignCon大会上宣传Planet Analog之举一点也不让人感到意外。 在我自己所从事的领域,我也发现了相似的困境。这个问题的表现形式为“数字电源”一词。“电源能否真正成为数字式的呢?或者,它只是本质为模拟之世界的另一种场合?”也许,“数字电源”仅仅是“蹩脚的虚构”。 在过去的好日子里,电源转换要么是一个围绕传输晶体管的模拟反馈环路(LDO),要么是一个围绕开关器件和滤波器的模拟反馈环路(降压型转换器)。接着,有人产生了奇思妙想,利用DAC来控制一个开关转换器基准点;使用ADC来测量输出电压和电流;加入一些用于故障的比较器;以及增设一根串行通信总线。 后来,又有一些热衷于“数字信号处理”(DSP)的激进人士提出:为什么不能一个数学处理器来取代反馈补偿电路呢?这种思路造成的结果是:市场上充斥着具有不同模拟与数字特性组合的产品。虽然我们将其通通称为“数字电源”,但它究竟意味着什么,我们在说的时候并不清楚。 问题是,当我们使用“数字电源”一词时,对于其所指始终莫衷一是。对于有些人来说它指的是“PMBus”,而对另外一些人而言则为“数字补偿”。VRM人士或许认为它是两线式自动电压调节总线(AVS)。糟糕的是,“数字电源”甚至有可能被赞美为“赋予人类的力量”。数字技术将统治世界!不要模拟技术! 主要的混淆点是:“数字电源”指的是采用模拟补偿和PMBus的开关电源转换系统,还是采用数字补偿和PMBus开关电源转换系统呢?而满载DAC、ADC和伺服电路的管理芯片又是什么样的情况呢?一旦我说我有一款“数字电源”器件,视以上哪一种解释生效,在脑海中会出现大量不同的图像,我需要花费非常多的时间去解释我的确切意思,以至于我觉得还不如从来没有说过“数字电源”。 诸如LTC3880等产品会使情况变得更糟,此类器件具有两个环路,一个环路采用的是内部模拟控制环路/补偿器,而另一个则使用了外部数字伺服环路!不过总而言之,重要的是带宽、相位裕度、输出阻抗、0.5%的准确度以及器件运作具有线性、可预知和稳健之特性。数字技术的运用只是一种手段,而不是终点。 在凌力尔特,我们曾一度设法解决这一问题,而我们最终的意见是:以产品的功能来描述可能更好。例如:“PMBus管理器”和“PMBus控制器”。管理器是环绕在任何电源周围的器件,并负责提供排序、裕度调节、监控、遥测和故障管理功能,LTC2978即为一例。 控制器则是用于把输入电压降至一个较低输出电压的器件,LTC3880便是一例。诸如电压模式或电流模式以及通道/相位的数目等其他属性则应看作是产品的性能或特性。控制环路将根据所使用的控制方法而被描述为模拟或数字/伺服。 因此,假如您发现我们回避使用“数字电源”这一术语,而代之以“电源系统管理”、“降压型转换器”或“电源管理器”等专有名词,那只是我们在试图避免产生混淆。此外我们还知道:世界实际上是模拟的,而数字仅仅是一种“方便的虚构”。 延伸阅读: [数字电源系列文章]数字电源管理——PMBus [数字电源系列文章]数字电源排序 [数字电源系列文章]数字电源监视和遥测 [数字电源系列文章]数字负载点转换器与数字管理器的比较 [数字电源系列文章]数字电源调试 [数字电源系列文章]数字电源:我为什么必须关注集成呢? [数字电源系列文章]数字电源:为什么要重视精度? 《电子设计技术》网站版权所有,谢绝转载

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