模拟电源管理与数字电源管理

　　总的来说，电源管理没有纯粹的数字或模拟方案。以模拟控制架构为例，其内部脉宽调制电路即包含了数字电路，例如：时钟、门电路等(如BobMammano设计的SG1524)。三十年后，数字脉宽调制(PWM)成电路同样也包含了明显的模拟电路，如：ADC、基准源、放大器等。因此，正确的方案选择取决于电路功能的合理划分，而正确的划分又与当前可以利用的技术和系统需求有关。因此，当 前的划分标准可能不同于将来的标准。

　　目前，为了满足系统误差的要求，一个理想的系统应能提供较高精度，要求电源具有更小的体积，而且满足高速通信、高速处理系统中微处理器或ASIC对电源容限的苛刻要求。基准精度一般为1%，而最新的处理器、ASIC电源要求误差不超过几毫伏。工作在低压状态时，要求优于1%的精度，而且在高温情况下也必须满足这一精度要求，目前大多数系统的工作温度范围为0℃～85℃。

　　由于多处理器核或小尺寸处理器对应的I/O口对于不正确的压差所引起的“闭锁”现象非常敏感，电源的跟踪与上电顺序也非常关键。复杂的电路板需要多电源供电，因此对上电顺序和跟踪的要求也更加严格。这些功能利用模拟技术很难实现，而数字技术则可解决这一复杂问题，提供精确、简单的方案。

　　表1

　　表2
　　高端系统要求近乎为零的故障时间，因此，对于冗余系统的监控也十分重要，以确保系统可靠工作。这就需要了解产生电源故障的原因和过程，在出现问题时采取迅速的解决措施。用模拟技术构建监控电路需要很多分离元件或专用电路。有些系统由于受体积、价格及复杂度的限制，不得不简化了监控环节，导致较低的系统可靠性。对于数字系统来说，提供这种系统检控几乎不需要增加系统成本。在数字系统中，用于数字引擎操作的信息采用数字格式，可以很容易地增加通信容量。

　　为了快速占领市场、支持产品的需求，设计人员常常在很仓促情况下开发ASIC，甚至没有经过完整的评估就投入使用。从而使产品在投放市场的过程中处于两难境地，一方面可能需要昂贵的招回成本，修改工作电压、监控电路及上电顺序控制;另一方面可能忽视系统的可靠性，为系统的后续使用埋下隐患。这两种情况都违背了零失效时间的系统要求，这时，比较明智的选择可能是数字方案，对系统进行现场编程，对用户来说实现方便、透明的系统升级。

　　图1：基本数字处理功能，基于MAX8688数字控制/监测IC

　　图2：可控制、监测4路电源的系统

　　方案的折中考虑

　　从目前的系统及不断涌现的需求看，利用模拟方法解决所有问题显然不能满足发展的需求。目前，很多用户在考虑数字方案时，比较关心的一个问题是“闭环问题”。对于大多数工程师来说，数字电源意味着一个能够进行数据通信、读写信息、更改设置、无需改变硬件进行升级的系统，在数字域完成这些操作无需闭环反馈。

　　对于选择数字电源还是模拟电源这个问题，其原则应该是“合适就好”。如上所述，数字或模拟方案都不能保证所用功能的最优化。每种方案都有其固有的优点和缺点，正确的系统分析有助于为具体的应用提供最合理的解决方案。

　　表3：模拟与数字电路分析

　　上表中的脉宽调制电路(PWM)可能最好保留模拟架构，它主要由基准、误差放大器、比较器和电压斜波电路组成，有些方案还包括滞回电路。任何情况下，保留这些基本的模拟电路单元都是比较理想的选择，它占用更小的硅片面积，也更便宜。PWM控制IC包括许多其它单元(电压调节、MOSFET驱动、远端检测放大器、欠压锁存电路及过压、过流保护电路)，但大部分电路不受PWM电路形式(模拟或数字)的影响。

　　对保护电路的需求没有改变，但要求电路在发生故障时做出快速响应，一般要求在几个ns以内。采用最快的并行比较型ADC结构，可以提高数据量化的速度，但更多的响应时间由判决引擎(处理器或状态机)决定。考虑到驱动链路固有的传输延时，所产生的总延时是难以接受的。因此，过流、过压保护功能需要放在模拟电路侧。

　　对于电流的测量，通常需要一个低失调、高线性度、高共模抑制比的差分放大器。这些要求不受量化数据的影响，只能通过高性能模拟电路才能满足这一严格的要求。实际设计中，无论是否量化数据，电流和温度的监测需采用模拟方案。

　　不管采用数字方案还是模拟方案，基准源都是必需的。在数字系统中，它为ADC提供参考电压，从某种程度上讲这也更倾向于模拟设计。ADC为数字输出，但决定其精度与线性指标的是模拟电路。为此，我们把基准和ADC都放在了表3的左侧。

　　显然，通信电路属于数字部分，非易失存储器用于存储电源设置。不管是处理器还是状态机，都是数字方案的控制核心。DAC包含大部分模拟电路，但是，考虑到数字电路在DAC中的重要地位，我们将其置于表格右侧。

　　另外一项有价值的数字技术是低速控制回路，可以进一步提高系统模拟输出的精度。该任务不可能由模拟电路实现，而是