为了更好地理解这个概念，考虑一下实际的嵌入式系统例子。大多数嵌入式系统通过48V背板供电。这个电压通常被降至更低的中间总线电压，一般为12V，然后再进一步降至3.3V，以给系统中一架一架的电路板供电。不过，这些电路板上的大多数子电路或IC需要以不到1V至3V的电压以及数十毫安至数百安培的电流工作。结果，负载点(PoL)DC/DC转换器有必要将这一中间总线电压降至子电路或IC所要求的电压。而且，使问题更加复杂的是，这些电压轨对排序、电压准确度、裕度调节以及监察有严格要求。

既然在数据通信、电信或存储系统中可能有超过50个PoL电压轨，那么系统设计师就需要一种简单的方法来管理这些轨的输出电压、排序以及可允许的最大电流。某些处理器要求其输入/输出(I/O)电压在内核电压之前上升，而某些DSP则要求其内核电压在I/O电压之前上升。使问题更加复杂的是，断电排序也是必要的。因此，设计师们需要一种简单的方法来更改系统，以针对每一个DC/DC转换器优化系统性能和存储特定配置值，进而从总体上简化设计工作。

此外，为了针对可能出现的过压情况保护昂贵的ASIC，高速比较器必须监视每个轨的电压值，而且在某个轨超出其规定的安全工作限度时立即采取保护行动。在数字电源系统中，如果发生故障，可以通过PMBus报警线路通知主机，而且可以关断从属轨，以保护ASIC等接受供电的器件。实现这种级别的保护需要合理的准确度和数十微妙量级的响应时间。

出于这些原因，数字电源转换IC需要提供高度准确的数字电源系统管理以及高分辨率可编程性和快速遥测回读，以实时控制和监视关键负载点转换器功能。这些IC必须通过基于I2C的PMBus接口、以超过100条命令提供高效率同步降压型转换，还必须有内置EEPROM。这些器件必须兼有一流的模拟开关稳压器控制器和精确的混合信号数据转换功能，以实现无比简便的电源系统设计和管理。最后，还有一个迫切解决的问题，必须有具备易用图形用户界面(GUI)的软件开发系统支持这些器件。

更小就是更快

模拟电源进步常常是由所开发的电路概念导致的。这类进步很少超出制造商范畴，最终几乎不会进入多家公司的多种产品。这与数字工艺技术的进步不同，数字工艺技术的进步往往会在整个行业内快速普及。随着时间推移得到普及的模拟IC设计概念包括斩波器稳定型放大器、增量累加A/D转换器、突发模式(BurstMode®)稳压器、带隙基准以及3终端稳压器。然而，以不同工艺技术实现复杂功能的知识依然在不断增多。这些知识使得每年都能够产生功能进一步增强的混合信号IC。

数字IC线宽越来越小也对模拟IC产生了影响。这些工艺技术的速度不断加快，并提高了基于这些工艺技术制造的模拟IC的速度。模数(A/D)转换器就是一个很好的例子，线宽减小已经导致产生了更快的A/D转换器。电路的进步提高了分辨率和速度，最新器件以16位分辨率提供200Mbps的转换率。随着人们开发出速度越来越快、准确度越来越高的工艺技术，我们有理由认为，新器件将会继续提高速度和精确度。

这些更小的线宽使一些数字功能得以实现，而以前在模拟IC上是不可行的。具电压、电流和状态信息数字回读的电源控制器在提供电源功能的同一个芯片上实现了。线宽减小的一个附带好处是，使用典型的小型数字工艺制造IC时，可以将DMOS晶体管包括进来。这些DMOS器件可以应对高压和大电流，允许在同一个器件上全面集成电源转换器、开关稳压器以及电源和控制功能。

双极型电路的技术进步逐步导致产生更好的基准、放大器和RFIC。这些进步是由电路系统的精细化和优化、而不是由任何类型的工艺技术突破导致的。模拟IC竞争格局使所有制造商都常备不懈地努力改进产品。不过，应该提到的一点是，既然模拟IC性能是基于真实世界参数，那么这些IC最终就有可能达到理论上的性能极限。一旦接近理论上的性能极限，进一步改进就不可能了。这就是为什么今天最畅销、使用最广泛的IC仍然是20多年以前设计的，而且在此期间没有任何改变。

数字电源系统管理(DPSM)

在这样的背景下，要为最终产品配置数字电源系统管理解决方案，系统设计师必须做哪些事情?一个主要目标将是，设计一个能够非常容易地通过数字通信总线配置和监视的系统。这将通过运用以下各种总线之一实现：I2C、SMBus或PMBus。这些总线中的任何一种都能够实现按需遥测功能，以设定、监视、更改和记录系统内任何PoL转换器配置的电源参数。图1所示是对这种系统的简要说明。

图1：典型数字电源系统的管理系统配置

正如在这个例子中可以看到的那样，这些PoL转换器采用了3种不同拓扑配置。图中最上面的转换器采用了一个电源系统管理器芯片和一个传统DC/DC转换器。该DC/DC转换器可以采用任何类型的拓扑和任何程度的集成，因为这是电源系统管理器，通过通信总线连接控制和监视该转换器。中间的PoL转换器集成度更高，也就是说，DC/DC转换器有内置电源系统管理(内置在同一封装中)。最后，图中最下面的PoL转换器是一个紧凑型模块，在一个外壳中纳入了电源系统管理器、DC/DC转换器以及所有相关的外部组件(凌力尔特公司称这类模块为µModule®稳压器)。

凌力尔特公司提供广泛的器件选择，以使系统设计师能够选择怎样用系统管理器以及与其相关的PoLDC/DC转换器配置他们的数字电源系统需求。图2显示了LTC3884的原理图，该器件是一款双输出多相(PolyPhase®)降压型控制器，适用于具数字系统电源管理的超低DCR检测应用。

图2：LTC3884原理图，提供1.5V/20A和1.0V/30A

LTC3884在4.5V至38V输入电压范围内工作，提供两路大电流输出，具基于I2C的PMBus兼容串行接口。该控制器采用恒定频率电流模式架构，其独特的电路提高了电流检测信号的信噪比，从而在超低DCR应用中提供了卓越的性能。可编程环路补偿使该控制器能够以数字方式补偿。开关频率、通道调相输出电压、以及器件地址都可以通过数字接口以及外部配置电阻器设定。此外，可以通过数字接口设定参数，或者将参数存储在EEPROM中。两路输出都有独立的电源良好指示器和故障功能。最后，具GUI的凌力尔特LTpowerPlay™软件开发工具(稍后更详细地介绍)支持该器件。

有些应用可能需要PoL转换器有更高的集成度，尤其是输出电流不是很高的应用，例如在4A至6A范围。针对这类情况，凌力尔特开发了LTC3815，该器件是一款具数字系统电源管理的6A单片同步降压型转换器，参见图3。这款PoL转换器采用一个可锁相控制接通时间的恒定频率、电流模式架构以提供极快的瞬态响应，并允许在所要求非常短的接通时间工作，以在高开关频率调节低输出电压。输出电压可用单个外部电阻设定在0.4V至75%的输入电压范围，或者用外部电压基准通过基准输入引脚来设定。可以通过标准PMBus接口以小至0.1%的增量对输出进行上升或下降25%的裕度调节。

图3：LTC3815应用原理图，2.2V至5V输入至0.4V/6A输出

LTC3815的工作频率可用一个外部电阻器编程在400kHz至4MHz范围，或者针对开关噪声敏感应用而言，可同步至一个相同范围的外部时钟。最后，其串行接口还可以用来回读故障状态以及时间平均(~4ms)及峰值输入/输出电流、输入/输出电压和温度。

面向DPSM产品的LTpowerPlay通用GUI

用DPSM产品设计的系统有一个关键优势，即凭借合适的GUI能够非常容易地与系统内每个单独的PoL转换器通信。因此，从一开始，凌力尔特公司就决定开发一个能够作为完整开发平台使用的GUI，且该GUI要能够非常容易地与凌力尔特DPSM产品线中提供的不同类型的产品一起使用，这就是基于LTpowerPlay窗口的开发环境。这个软件不仅使同时控制和监视多个PMBus支持的凌力尔特器件非常容易，而且还允许实时修改DC/DC转换器配置，以及向每个器件的内部EEPROM下载系统参数。这就允许在软件中调节系统配置，而不是求助于久经时间考验的传统方法来更换组件和用电烙铁在电路板上重新连线，因此缩短了设计开发时间。不过，优点并未到此为止。最终系统在诸如数据中心等现场中部署完毕后，负责人可以利用这个GUI，通过合适的接口，简便地更新PoL转换器的工作参数，完成对系统的实时调节。图4显示了凌力尔特LTpowerPlay状态显示板的一个典型屏幕截图，当用户查询系统时，会看到这样的屏幕显示内容。

这款软件开发系统支持所有凌力尔特PMBus产品，可帮助设计师在系统最初开发以及之后安装在用户处时快速调试系统。该开发系统允许快速和简便地监视、控制及调节电源电压和各种限定值，并允许快速、简便地实现电源排序。此外，生产裕度测试也可以简便地用几条标准PMBus命令执行。

图4：LTpowerPlayGUI的典型状态显示板屏幕截图

结论

数据通信、电信或存储系统如果拥有数字电源管理功能，就可为系统设计师开发“绿色”电源系统提供必要的工具，使这些电源系统能够在负载点、电路板、机架级甚至安装后以最低能耗满足目标性能要求(计算速率、数据传输速率等)。这就降低了基础设施成本以及产品寿命期内的总体拥有成本。虽然采取传统的烙铁和重新布线的方法来调试硬件系统可能会得到乐趣，但是DPSM的软件可编程性却可显着地节省通常与这类工作有关的调试时间。