隨著物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 應(yīng)用的出現(xiàn),越來(lái)越多的專用集成電路 (ASIC) 和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 被部署到云計(jì)算和服務(wù)器系統(tǒng)應(yīng)用中。這些高性能終端應(yīng)用需要更高的處理能力和不斷提高的時(shí)鐘速度。
電壓和功率調(diào)節(jié)技術(shù)在更小、更密集的集成電路上實(shí)現(xiàn)了非常強(qiáng)大和通用的電源管理系統(tǒng),顯著降低了功率損耗并優(yōu)化了設(shè)備結(jié)溫,同時(shí)滿足系統(tǒng)的高性能要求。自適應(yīng)電壓縮放優(yōu)化 (AVSO) 是一種電壓縮放實(shí)現(xiàn)。
AVSO 實(shí)現(xiàn)有不同的方法,通過(guò)數(shù)字和/或模擬方式。最常見的是通過(guò) PMBus 或 I 2 C 接口。您可以對(duì)初始電源電壓進(jìn)行編程,以合理的精度為 ASIC、FPGA 或微處理器供電。一旦處理器完成啟動(dòng)序列,它就會(huì)通過(guò) PMBus 或 I 2 C 命令集與電壓調(diào)節(jié)器通信。此通信的目的是告訴穩(wěn)壓器根據(jù)主機(jī)的性能需求調(diào)整輸出電壓電平。最流行的標(biāo)準(zhǔn)命令是 VOUT_COMMAND 和 VOUT_MARGIN。為了促進(jìn)這種對(duì)話,主機(jī)和電壓調(diào)節(jié)器都需要實(shí)現(xiàn)相同的數(shù)字通信協(xié)議。
有時(shí),由于終端系統(tǒng)中缺少硬件、軟件或固件,數(shù)字實(shí)現(xiàn)并不是一個(gè)可行的選擇。在仍然需要優(yōu)化功耗的系統(tǒng)中,可以考慮使用參考輸入 (REFIN) 的模擬電壓調(diào)節(jié)器。一個(gè)這樣的例子是 TI 的 TPS548D21(見圖 1)——一種完全集成的 40A 高性能同步降壓轉(zhuǎn)換器,在緊湊的 5mm x 7mm 堆疊夾方形扁平無(wú)引線 (QFN) 封裝中支持 AVSO 和全差分傳感.
PS548D21 器件是一款緊湊型單通道降壓轉(zhuǎn)換器,具有自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間 D-CAP3 模式控制。該器件專為高精度、高效率、快速瞬態(tài)響應(yīng)、易于使用、外部組件較少且空間受限的電源系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。
該器件 采用 全差分感應(yīng)和 TI 集成 FET,高側(cè)導(dǎo)通電阻為 2.9mΩ,低側(cè)導(dǎo)通電阻為 1.2mΩ。此外,該器件還 具有 0.5% 的精度和 0.9V 基準(zhǔn)電壓,環(huán)境溫度范圍介于 –40°C 和 +125°C 之間。其競(jìng)爭(zhēng) 優(yōu)勢(shì) 包括:極少的外部組件數(shù)、精確的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)、 FCCM 工作模式以及內(nèi)部軟啟動(dòng)控制。
· 轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍 (PVIN):1.5V 至 16V
· 輸入偏置電壓 (VDD) 范圍:4.5V 至 22V
· 輸出電壓范圍:0.6V 至 5.5V
· 集成式 2.9mΩ 和 1.2mΩ 功率 MOSFET,持續(xù)輸出電流為 40A
· 電壓基準(zhǔn) 0.6V 至 1.2V(階躍為 50mV),采用 VSEL 引腳
· ±0.5%,0.9VREF 公差范圍:–40°C 至 +125°C 結(jié)溫
· 真正的差分遙感放大器
· D-CAP3?控制環(huán)路,
· 通過(guò) REFIN_TRK 引腳 進(jìn)行模擬 AVS 優(yōu)化
· 自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制,具有 4 種頻率設(shè)置可供選擇:425kHz、650kHz、875kHz 和 1.05MHz
· 溫度補(bǔ)償和可編程電流限值,具有 RILIM 和 OC 鉗位
· 可選斷續(xù)或閉鎖 OVP 或 UVP
· 通過(guò)精確的 EN 遲滯實(shí)現(xiàn)的 VDD UVLO 外部調(diào)整
· 預(yù)偏置啟動(dòng)支持
· 所有操作期間的 FCCM 模式
· 全套故障保護(hù)和 PGOOD
圖 1:TPS548D21 引腳圖和封裝的自底向上視圖
使用 TPS548D21 可以非常輕松地管理電壓縮放和排序。TPS548D21 器件可以通過(guò) MODE 引腳搭接配置在跟蹤(電壓縮放)或排序模式下運(yùn)行。
對(duì)于電壓縮放/跟蹤,參考跟蹤輸入 (REFIN_TRK) 允許外部參考電壓源設(shè)置 TPS548D21 器件的參考電壓(圖 2)。該電壓源可以在 0V 到 1.25V 之間的任何位置,但其輸入阻抗必須遠(yuǎn)小于 100kW。當(dāng)外部電壓源在任意兩個(gè)電壓電平(0.5V 至 1.25V 之間)之間上下轉(zhuǎn)換時(shí),壓擺率必須控制在不超過(guò) 1mV/μsec。在 0.5V 至 1.25V 之間,跟蹤精度可能低于 1%。
通過(guò)在 TPS548D21 的 REFIN_TRK 引腳上施加相同的電壓源,TPS548D21 器件的外部排序功能允許在啟動(dòng)和關(guān)閉期間對(duì)多個(gè)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比例排序(圖 3)。在對(duì) TPS548D21 器件進(jìn)行編程以執(zhí)行外部跟蹤(排序)時(shí),REFIN_TRK 電壓必須從 0V 開始,并且外部施加的斜坡必須在上電延遲完成后斜坡。斜坡時(shí)間的持續(xù)時(shí)間也必須長(zhǎng)于 1 毫秒。
圖 2:跟蹤波形
圖 3:測(cè)序波形
模擬跟蹤的另一個(gè)好處是即時(shí)變化,導(dǎo)致參考輸入和輸出響應(yīng)之間沒有延遲時(shí)間,從而改善系統(tǒng)響應(yīng)并減少功率損耗。
下次為 ASIC 或 FPGA 供電時(shí),請(qǐng)考慮采用全模擬方法來(lái)管理電壓縮放和排序。