以模拟方式管理电源功率缩放和排序

[导读]随着物联网 (IOT) 应用的出现，越来越多的专用集成电路 (ASIC) 和现场可编程门阵列 (FPGA) 被部署到云计算和服务器系统应用中。这些高性能终端应用需要更高的处理能力和不断提高的时钟速度。

随着物联网 (IOT) 应用的出现，越来越多的专用集成电路 (ASIC) 和现场可编程门阵列 (FPGA) 被部署到云计算和服务器系统应用中。这些高性能终端应用需要更高的处理能力和不断提高的时钟速度。

电压和功率调节技术在更小、更密集的集成电路上实现了非常强大和通用的电源管理系统，显着降低了功率损耗并优化了设备结温，同时满足系统的高性能要求。自适应电压缩放优化 (AVSO) 是一种电压缩放实现。

AVSO 实现有不同的方法，通过数字和/或模拟方式。最常见的是通过 PMBus 或 I 2 C 接口。您可以对初始电源电压进行编程，以合理的精度为 ASIC、FPGA 或微处理器供电。一旦处理器完成启动序列，它就会通过 PMBus 或 I 2 C 命令集与电压调节器通信。此通信的目的是告诉稳压器根据主机的性能需求调整输出电压电平。最流行的标准命令是 VOUT_COMMAND 和 VOUT_MARGIN。为了促进这种对话，主机和电压调节器都需要实现相同的数字通信协议。

有时，由于终端系统中缺少硬件、软件或固件，数字实现并不是一个可行的选择。在仍然需要优化功耗的系统中，可以考虑使用参考输入 (REFIN) 的模拟电压调节器。一个这样的例子是 TI 的 TPS548D21（见图 1）——一种完全集成的 40A 高性能同步降压转换器，在紧凑的 5mm x 7mm 堆叠夹方形扁平无引线 (QFN) 封装中支持 AVSO 和全差分传感.

PS548D21 器件是一款紧凑型单通道降压转换器，具有自适应导通时间 D-CAP3 模式控制。该器件专为高精度、高效率、快速瞬态响应、易于使用、外部组件较少且空间受限的电源系统而设计。

该器件采用全差分感应和 TI 集成 FET，高侧导通电阻为 2.9mΩ，低侧导通电阻为 1.2mΩ。此外，该器件还具有 0.5% 的精度和 0.9V 基准电压，环境温度范围介于 –40°C 和 +125°C 之间。其竞争优势包括：极少的外部组件数、精确的负载调节和线路调节、 FCCM 工作模式以及内部软启动控制。

· 转换输入电压范围 (PVIN)：1.5V 至 16V

· 输入偏置电压 (VDD) 范围：4.5V 至 22V

· 输出电压范围：0.6V 至 5.5V

· 集成式 2.9mΩ 和 1.2mΩ 功率 MOSFET，持续输出电流为 40A

· 电压基准 0.6V 至 1.2V（阶跃为 50mV），采用 VSEL 引脚

· ±0.5%，0.9VREF 公差范围：–40°C 至 +125°C 结温

· 真正的差分遥感放大器

· D-CAP3™控制环路，

· 通过 REFIN_TRK 引脚进行模拟 AVS 优化

· 自适应导通时间控制，具有 4 种频率设置可供选择：425kHz、650kHz、875kHz 和 1.05MHz

· 温度补偿和可编程电流限值，具有 RILIM 和 OC 钳位

· 可选断续或闭锁 OVP 或 UVP

· 通过精确的 EN 迟滞实现的 VDD UVLO 外部调整

· 预偏置启动支持

· 所有操作期间的 FCCM 模式

· 全套故障保护和 PGOOD

以模拟方式管理电源功率缩放和排序

图 1：TPS548D21 引脚图和封装的自底向上视图

使用 TPS548D21 可以非常轻松地管理电压缩放和排序。TPS548D21 器件可以通过 MODE 引脚搭接配置在跟踪（电压缩放）或排序模式下运行。

对于电压缩放/跟踪，参考跟踪输入 (REFIN_TRK) 允许外部参考电压源设置 TPS548D21 器件的参考电压（图 2）。该电压源可以在 0V 到 1.25V 之间的任何位置，但其输入阻抗必须远小于 100kW。当外部电压源在任意两个电压电平（0.5V 至 1.25V 之间）之间上下转换时，压摆率必须控制在不超过 1mV/μsec。在 0.5V 至 1.25V 之间，跟踪精度可能低于 1%。

通过在 TPS548D21 的 REFIN_TRK 引脚上施加相同的电压源，TPS548D21 器件的外部排序功能允许在启动和关闭期间对多个转换器进行比例排序（图 3）。在对 TPS548D21 器件进行编程以执行外部跟踪（排序）时，REFIN_TRK 电压必须从 0V 开始，并且外部施加的斜坡必须在上电延迟完成后斜坡。斜坡时间的持续时间也必须长于 1 毫秒。

以模拟方式管理电源功率缩放和排序