電源IC需“漲姿勢”

據市調機構iSuppli預計
，2016年電源管理IC市場預計將達到387億美元，消費電子
、網絡通信、移動互聯領域都是主要的應用市場，汽車電子、新能源領域也逐漸發力。在應用驅動和技術進步的作用下，對電源IC的技術要求也不斷走高。而且隨著應用的不斷創新
，電源IC的市場也呈現出需求多樣化，應用細分化，更多高性能電源IC的市場需求也不斷深化以及擴展化，更好地為滿足係統創新，性能提升而服務。

一方麵，伴隨著半導體工藝技術的不斷升級，PCB板上的芯片和元器件功能更高
、運行速度更快、體積更小，驅使電源管理IC提供更低更精準的核電電壓以及更大的供電電流、更嚴格的電壓反饋精度、以及更高的效率性能。另一方麵，電源管理IC應用領域不斷擴張和深入，實現更優異的控製功能、更智能的控製環路
，更快速的動態響應特性，更簡化的外圍布局設計等都“不可或缺”。電源管理IC想要“拿得出手”，都需直麵這些難題。

Altera電源業務部市場總監Mark Davidson表示，為了幫助客戶解決這些挑戰和簡化設計，數字化、模塊化、智能化電源IC等已是必然之勢。

他舉例說，就拿FPGA客戶來說，電源管理已日益成為一個戰略性的競爭優勢，特別是在通信
、計算以及工業應用等領域。隨著FPGA和SoC的不斷發展，設計人員在下一代嵌入式係統中增加了大量混合信號功能，實現了以前無法企及的係統級性能。如何給功能越來越多、性能越來越高、工藝越來越先進的FPGA供電，確實是一個非常具有挑戰性的問題。比如采用14nm工藝的FPGA會具有更高的性能，相應地也會需要更加高性能的電源與之匹配。而且14nm的FPGA對電源的要求更加苛刻，對電源精度的要求更高，如果電壓範圍超過了規範的要求，就有可能會使FPGA失效，甚至可能會燒壞。

這也意味著，設計者必須要在嚴格的FPGA電源軌要求、係統功耗和散熱預算限製、構建魯棒而又可靠的係統、符合預算要求按時完成其項目、完全滿足其電路板和係統對功能和性能的要求之間找到最佳結合點，這殊非易事。

數字電源激發活力

各大電源管理IC廠商為應對這一市場走勢，都在抓緊排兵布陣，而數字電源成為他們不遺餘力的“招數”。憑借靈活
、快速響應、高集成度以及高度可控的巨大優勢
，數字電源已顯示出強勁的發展勢頭。

據調研機構IHS公司旗下IMS Research的報告，預計2017年全球數字電源市場營業收入將增至124億美元，數字電源IC市場將達到26億美元。數字電源市場以服務器和通信設備應用為主導，同時拓展至其他更多應用領域，或如星火燎原之勢。

POL轉換器一般為低電壓
，大電流數字負載（如FPGA
，微處理器，DSP及其它具有極高動態特性的數字電路）提供電壓。保持電壓在1V左右的精確調節
，同時利用純模擬控製技術來滿足近200A/ns的負載瞬態要求變得越來越困難。有些數字控製器能夠提供在同類模擬IC中難以實現的功能例如非線性控製。事實上，幾乎所有的POL數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)器(qi)都(dou)包(bao)含(han)了(le)一(yi)些(xie)不(bu)同(tong)的(de)旨(zhi)在(zai)改(gai)善(shan)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)的(de)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)。這(zhe)些(xie)專(zhuan)用(yong)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)構(gou)成(cheng)了(le)傳(chuan)統(tong)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)公(gong)司(si)進(jin)入(ru)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)開(kai)發(fa)的(de)門(men)檻(kan)。電(dian)源(yuan)如(ru)果(guo)在(zai)內(nei)部(bu)采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)內(nei)核(he)實(shi)現(xian)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)，可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)極(ji)為(wei)嚴(yan)苛(ke)的(de)瞬(shun)態(tai)要(yao)求(qiu)，實(shi)現(xian)極(ji)低(di)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)壓(ya)，以(yi)及(ji)在(zai)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)實(shi)現(xian)極(ji)高(gao)的(de)精(jing)確(que)穩(wen)壓(ya)。同(tong)時(shi)可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)PMbus通信接口
，可以 實現遠程精確的電流，電壓和溫度監控。

數字電源為電源設計領域注入了新的活力，同時也對電源管理IC廠商提出了更高的要求。據了解，一方麵，電源管理IC廠商不僅要提供一係列的整合設計方案，而非單一元件，提供高中低端全係列產品；其次，他們也需要全套數字電源開發工具，包括硬件和圖形介麵（GUI）
；最後
，獲得相關周邊元件如Power Train
，才能創建完整解決方案。另一方麵
，數字電源IC廠商如果再“單打獨鬥”的話，顯然已“力有不逮”。Altera的Enpirion電源產品中國區高級業務經理張偉超提到，主芯片廠家諸如FPGA/ASSP/ASIC的技術日新月異，在性能不斷提升的同時對電源的要求也異常的嚴苛，而電源管理IC廠商不能再和以往一樣孤軍作戰，而是必須要和數字組芯片廠家協同作戰。電源IC廠商需要和主芯片廠商進行有效地技術溝通，因為隻有了解係統芯片的需求
，電源ICdemubiaoshejiguigecaixiandegengyouyiyi，zhezhongweixitongxingnengxuqiuerdingzhidedianyuanshejizuizhongnengweixitongdegonghaoyouhuazuochujudadegongxian。zhezhongxiezuokezhulidianyuanguanliIC廠商的產品更具競爭力，獲得更多的市場份額。

從近些年的市場並購來看，無疑都佐證了這一趨勢。高通收購了Summit， Mediatek收購Richtek， Microchip收購Micrel，Altera收購了Enpirion以及最近收購了德國創新型芯片公司ZMDI的數字電源控製器部門，道理其實一脈相承
，業界都認可並執行類似的策略而收購一家電源企業的好處或遠比與電源企業合作來得“直接”。Mark Davidson對此表示，一般大型電源管理IC廠商的電源器件會有很多不同的應用領域
，他們不會也不可能把全部的精力投入到FPGA領域，而Altera通過收購則會更加關注電源器件在FPGA方麵的應用。他強調
，收購Enpirion我們成為一個公司後，可以集合電源、FPGA係統工程以及電路板布局的專家
，共同開發出一個更好的解決方案。

模塊化走勢彰顯

受SoC化設計趨勢的影響，近年來電源管理IC技術表現出越來越強的模塊化趨勢。一方麵


，設備正變得越來越複雜
，更多功能特性

、更geng快kuai更geng複fu雜za處chu理li器qi需xu要yao更geng先xian進jin的de電dian源yuan管guan理li解jie決jue方fang案an，電dian源yuan管guan理li技ji術shu要yao在zai更geng小xiao的de矽gui芯xin片pian上shang集ji成cheng更geng多duo功gong能neng同tong時shi以yi更geng高gao的de設she計ji靈ling活huo性xing實shi現xian更geng強qiang的de係xi統tong用yong電dian性xing能neng，這zhe正zheng在zai改gai變bian傳chuan統tong的de電dian源yuan設she計ji方fang法fa。另ling一yi方fang麵mian，模mo塊kuai化hua的de電dian源yuan管guan理liIC可有效降低係統設計的複雜性，節約電路板空間，提高係統的長期可靠性，同時也能有效降低係統成本
，帶來的好處是顯而易見的。

因而，市場上的模塊化電源管理IC開始不斷浮出水麵。Altera日前就在其Enpirion電源解決方案中新增了一款30amp PowerSoC DC-DC降壓轉換器EM1130。這款被Altera視作“裏程碑”式的產品，是集成數字DC-DC降壓轉換器係列的第一款產品，可為Altera的第10代FPGA提供電源管理功能。EM1130的“功力深厚”
，引腳布局密度達業界最高，麵積不到其他解決方案的一半
，不僅可提供嚴格的高輸出穩壓和快速瞬時響應功能，並能夠遠程測量電流

、電壓和溫度等關鍵參數。

張偉超介紹說，集成的Enpirion電源單芯片係統最大的優勢在於極大程度的提高了係統的可靠性和易用性，而模塊電源體積小、低EMI以yi及ji通tong過guo數shu字zi控kong製zhi環huan路lu實shi現xian更geng快kuai的de負fu載zai瞬shun態tai響xiang應ying和he更geng低di的de噪zao聲sheng，從cong而er能neng夠gou更geng加jia智zhi能neng化hua地di適shi應ying平ping台tai廠chang商shang對dui於yu降jiang低di係xi統tong功gong耗hao的de最zui新xin需xu求qiu同tong時shi提ti升sheng性xing能neng的de嚴yan苛ke挑tiao戰zhan，將jiang經jing驗yan證zheng的deEnpirion電源SoC解決方案與Altera的FPGA結合使用，客戶能夠在盡可能最小的電路板上完成他們的設計，同時還能最大程度地提高性能和降低功耗
，加快產品上市
、削減材料成本以及增強係統可靠性。


此外，電源管理IC的模塊化趨勢還體現在與板上其他芯片的“集成化”上，市場上電源管理IC與主控芯片之間通信及監控等功能的集成化也在日益增多。張偉超提到
，未來
，Altera將會利用Enpirion公司在電源方麵的技術，將某些電源模塊集成進FPGA內部

，使得係統電路板電路更加簡潔，功耗和成本都得到優化處理

，並更加簡化FPGA係統的開發。

智能化提升智能性

而電源管理IC的智能化亦是大勢使然，或才能主動“配合”pingtaizhuxinpiandegongnengbuduanshengjidexuqiu。zhangweichaojieshaoshuo，suizhexitonggongnengyuelaiyuefuza
，duinenghaodeyaoqiuyuelaiyuegao，kehuduidianyuanyunxingzhuangtaideganzhiyukongzhideyaoqiuyuelaiyuegao
，dianyuanshejirenyuanbuzaimanzuyushishijiankongdianliu、電壓、溫度，還提出了診斷電源供應情況
、靈活設定每個輸出電壓參數的要求。此外，電源管理IC必bi須xu和he電dian路lu板ban上shang所suo需xu要yao供gong電dian的de設she備bei進jin行xing有you效xiao地di連lian接jie，因yin係xi統tong要yao求qiu電dian源yuan子zi係xi統tong和he主zhu係xi統tong之zhi間jian更geng加jia實shi時shi的de合he作zuo與yu配pei合he，甚shen至zhi要yao支zhi持chi通tong過guo雲yun端duan進jin行xing的de監jian控kong去qu管guan理li，智zhi能neng化hua的de管guan理li和he調tiao控kong已yi成cheng必bi須xu。

如何去實現智能化？張偉超表示
，這需要在兩個方麵下工夫，一是電源管理IC要yao實shi現xian與yu內nei核he通tong信xin，各ge部bu分fen之zhi間jian可ke相xiang互hu溝gou通tong交jiao流liu，及ji時shi動dong態tai的de控kong製zhi加jia上shang無wu縫feng的de溝gou通tong可ke成cheng就jiu一yi個ge智zhi能neng化hua的de電dian源yuan管guan理li係xi統tong
，能neng夠gou實shi時shi地di對dui係xi統tong變bian化hua的de供gong電dian需xu求qiu進jin行xing檢jian測ce分fen析xi和he響xiang應ying，從cong而er大da大da提ti高gao係xi統tong的de效xiao率lv。二er是shi內nei部bu參can數shu可ke實shi現xian在zai線xian調tiao整zheng
，這zhe就jiu意yi味wei著zhe電dian源yuan的de動dong態tai特te性xing是shi可ke變bian的de
，能neng順shun應ying負fu載zai在zai相xiang當dang大da的de範fan圍wei內nei變bian化hua同tong時shi還hai能neng保bao證zheng一yi定ding的de性xing能neng，數shu字zi電dian源yuan在zai這zhe方fang麵mian發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong，同tong時shi還hai需xu要yao不bu斷duan在zai控kong製zhi算suan法fa
、自適應方麵實現突破。

Altera通過不斷創新，在這方麵實現了新的進展。不久前
，Altera在亞太地區的14個城市舉辦2015年Altera技術日活動，展示了最新的FPGA
、SoC及Enpirion電源解決方案。其中，Arria 10和Enpirion的數字PowerSoC相結合,實現了智能化的FPGA電源係統和最低的功耗。其具體特性包括以下幾個方麵：

（1）FPGA設計的所有電源供電要求會導致建立FPGA電源樹

，不同資源要求有不同的上電順序
，這對電源轉換器提出了更高要求。Enpirion器件具有“Power OK”或者“Power Good”引腳，支持對FPGA中不同資源的電源軌的分組排序，向係統控製器或者排序器件發出信號，某一FPGA輸入已經接通電源，可以開始下一排序步驟；

（2）另一常見的係統電源要求是能夠進行遠程監視，對電源各參數進行實時監視、故障報警和相應調節。而最簡單、最便宜、最緊湊的方式是使用集成了遠程監視功能和相應的通信總線的電源調節器。通過智能電壓ID（SmartVID）特性，Altera的Arria 10 FPGA和SoC通過PMBus接口，確定與Enpirion電壓調節器係統之間所需的VCC電壓和通信

，將內核電壓軌盡可能動態調整到最小
，而不會犧牲係統性能。同時，支持PMBus的Enpirion的ED8101P0xQI單相數字控製器，與ET4040QI大電流電源配對使用，可實現對FPGA的多種遠程監視和低功耗特性。

FPGA電源供電設計有一些常見的要求。理解FPGA設計和應用怎樣影響功耗和電源供電要求會讓設計更清晰
，更容易成功。Altera的Enpirion電源解決方案設計滿足了這些苛刻的FPGA電源要求。未來的電子係統功能將日益複雜、多樣和智能化
，對電源管理係統的要求也越來越高。深入地理解各個係統的特性和供電需求
，並順應數字化
、模塊化和智能化的發展趨勢，才能夠為係統提供度身定製的“完美”供電保障。