AVSBus数字多相PWM控制器出世，需要大电流的ASIC和FPGA有福了！

发布于：2016/11/7 0:00:00 | 1644 次阅读

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    随着物联网的发展，在基础设施电源市场，不管是服务器，还是数据中心，都对电源管理提出了更高的要求。市场呼唤更高效的数字电源，特别是数字多相控制器，为电源设计工程师提供他们所需的灵活性和控制，不管是针对哪种先进的处理器，都可以为电源设计师提供更加高率的、低成本的解决方案。
    对此，Intersil公司于近期推出了12款数字多相控制器和一款配套智能功率级，其中包括两款业内首次推出的具有自适应电压调节总线（AVSBus）的数字解决方案。这些新型数字控制器提供多达7个相位，可按任意组合分配到两个输出，与智能功率级相结合可以提供从10A至450A的可扩展解决方案，从而增强功率优化，提高网络和通信基础设施设备的能源效率。
    AVSBus来袭
    关于AVSBus，行业在4年前就已经提出，目的是想找到一种高速的总线，希望能够适用于非AMD、非Intel的、市场上存在的众多的其他处理器。据Intersil公司基础设施电源业务部总监Chance Dunlap介绍，在2015年3月，该公司参与并完成了AVSBus的具体技术规格的个草案的起草，技术规格草案完成后，Intersil就开始做数字多相控制器，来把AVSBus所支持的功能集成到产品中。此次便首先推出了个符合AVSBus标准的电源控制器。同时，业界也有其他的处理器在根据AVSBus标准推到市场上来。
    Intel和AMD有自己的接口标准，其他厂商也有各自不同的接口，如果没有一套统一的标准，大家都是自己用自己的接口，那要支持的就太多了，很难实现应用的推广。所以，对于任何需要数字电源管理能力的应用来讲，都需要AVSBus这样的接口去实现统一的支持。
    AVSBus符合PMBus v1.3规范，具有直接连接至处理器的50MHz高速总线，以传输遥测数据，并通过自适应电压定位实现高效节能。
    PMBus是一点对多点的接口，速度相对较慢，是1 MHz。而AVSBus支持电压可扩展性，是连接CPU和电源的、高速、点对点的总线，其速度可达50MHz，只是用于改变电压，与负载沟通。而PMBus是系统级的接口，连接电路板上的所有电源器件。
    AVSBus主要应用于数字内核。一般来讲，内核的电压是1V，如果按照消耗100A的电流来说，那就是100W。通过AVSBus可以让处理器直接控制电源，当处理器比较繁忙的时候，就可以相应地调低电压。如果从1V下降到0.9V，实现了10%的功率削减的话，就可以使得100W降到90W。所以，只要想根据内核的要求节省电源和功率损耗的，不管是FPGA、CPU、还是网络处理器都可以使用AVSBus。
    多相数字PWM控制器ISL681xx/ISL691xx
    Intersil 的新型数字多相DC/DC控制器系列包括三组控制器产品。其中，ISL68137和ISL68134控制器利用AVSBus为网络路由器、交换机、服务器、存储设备和无线电信设备中基于ARM的处理器供电并与之通信。ISL68127和ISL68124通用控制器为网络处理器、FPGA、SoC和图形加速器供电。ISL69147/44、ISL69137/34、ISL69128/27和ISL69125/24这八款控制器增加了一个次级高速接口（SVID或SVI2），为构成物联网（IoT）支柱的云计算应用中的英特尔或AMD处理器供电。
    ISL681xx和ISL691xx控制器集成的高性能数字引擎，采用具有的综合电流控制架构，能够实时（零延迟）跟踪每个相电流。这使器件能够以的电流、电压定位、比竞争器件小30%的电容来响应任何负载瞬变。综合电流控制还有助于利用所有陶瓷电容来开发高可靠性系统。
    这些新型DC/DC控制器和ISL99227 60A智能功率级支持高要求的CPU电压、内存和辅助电源轨，有助于电源设计工程师定制自己的解决方案，以满足任何电源轨要求。
    这一套数字多相控制器解决方案中，有12款控制器。Chance Dunlap表示，从数字多相控制器方面来讲，它可以支持任何市场上的处理器和数字内核。和这12款数字多相控制器配套的是ISL99227 60A智能功率级。这12款数字控制器，都可以支持PMBus接口，但他们也有次级接口，比如SVI2来支持AMD的处理器，SVID支持Intel的处理器，或是全新的AVSBus接口。
    之所以一共是12款的数字化控制器，不仅是因为我们支持了业界上所有的处理器，同时也是因为它有两个输出，这两个输出总共可以支持4到7个相，可以做更为灵活的电源转换。方程式所代表的X和Y是两个不同的输出，可以支持4个到7个不同的相，在每个输出上分配不同的工作任务，比如说在一个输出上选6个相，另外一个选1，然后一个选5，另一个选2，这样加起来是7。在4到7之间也可以有其他的总输出相的选择，比如说一个输出选3个相，又一个输出也选3个相，总共支持6个相的输出，或者一个选3个，一个选2个，总共支持5个相的输出。有这么多的相，提高灵活性到如此程度，是因为解决方案是针对市场的不同分级的，对于各种高功率的数字电源市场需求，我们都可以提供灵活的支持。
    综合电流控制技术
    AVSBus的优势在于它可以使数字多相控制器直接和负载连接，可以动态地调节电压水平实现效率节省。Chance Dunlap表示，我们用纯数字化的技术开发这些产品，不仅是因为控制尺寸，也不仅是因为它的灵活性，同时也是因为数字多相技术带来的性能上的优势。我们利用的是我们获得的综合电流控制技术，这是市场上的多相电流控制的技术。这种技术的优势在于它提供零延迟的电流信息，可以实现快速的瞬态响应，使得我们的用户以最小的输出电容去实现更高的电荷负载方面的要求，同时可以降低成本。这些控制和参数的设置，都是通过我们的图形用户界面GUI软件PowerNavigator，进行最为直观的设置。
    瞬态响应对比
    在瞬态响应方面，Chance Dunlap表示，我们做了一个测试，就是把Intersil的这一套解决方案和市场上已有的，也是比较的、占有率较高的竞争产品的瞬态响应进行的一个比较。板子是一样的，同样的解决方案，相同的数目、电感器、电容、甚至电压方面的参数都是一样的。瞬态负载都是90A，左边的是Intersil的瞬态响应，黄线是一个统计的曲线，大家可以看到我们的偏差值（在这种瞬态加载的情况下的偏差值）只是正负3%而已。右边竞争产品偏差是正负5%。时间差方面，Intersil的反应时间更短，就是中间那个小三角所代表的是反应的时间要更短，它就又回到了正常的水平，它的反应速度是竞品的两倍。从另外一个角度来观察这种区别，如果我们想要达到同样的响应速度，Intersil所需要的电容是竞品的二分之一。
    PowerNavigator：实现全面的数字灵活性
    工程师能够通过Intersil的PowerNavigator GUI（图形用户界面）软件工具实现数字控制的灵活性。PowerNavigator连接至开发板，通过PMBus和AVSBus进行通信，有助于工程师设置和控制所有参数，通过用于增加/降低相位的电流阈值来优化效率并调整回路调谐。PowerNavigator消除了电路板返工，因为设计可以进行动态变更，实现稳定性调谐和优化。最终配置只需存储到非易失内存。
    带有AVSBus的数字多相演示板
    Intersil也提供多相的参考设计和演示主板，可以进行前端的测试。下图是一个参考设计，Chance Dunlap表示，它是按照6加1的相数配置的，中间小的黑色的方块就是我们的数字多相控制器。它周围所需要的器件特别少。事实上，丝印文字要比元件占据更多空间。下面是6个不同的智能功率级，对应6个不同的相，最上面还有一个相，是6加1的结构。所以可以在非常小的空间里，提供很大的电流。
    为了能够帮助电源设计师进行前端的测试，我们在主板里面设置了一个负载瞬态区，这个板子也支持AVSBus接口。因为我们是市场上个支持AVSBus的解决方案，所以现在市场上可以用来测试的工具，还是比较少的，批处理器现在已经有了。为了帮助电源设计师测试AVSBus，我们提供软件保护器来通过PowerNavigator实现对AVSBus的完全支持和控制，PowerNavigator可以读写任何AVSBus所提出的命令。比如说这个截屏就是我们的GUI，它把AVSBus的要求发给参考设计，GUI对电源提出要求：输出提高50 mV或下降150 mV。GUI把这个波形重复7次，我们可以通过使用PowerNavigator形成任何波形，动态地改变电压。
    ISL681xx和ISL691xx控制器的主要特性和规格
    ·        符合PMBus1.3和AVSBus规范
    o Vin、Vout、输入/输出电流及温度诊断故障报告的遥测功能，带有黑匣子功能
    o ISL68137和ISL68134包含用于自适应电压调节的AVSBus接口
    ·        专有的数字控制方案，及拥有的综合电流控制
    o 按相位进行全带宽、零延迟的电流波形数字化
    o 快速瞬态响应支持最小输出电容，包括所有MLCC
    ·        灵活的相位配置
    o 可配置PWM，能够将相位分配到任何输出（X+Y）
    o 允许解决方案在10A - 450A电流范围内进行调节
    ·        功率级支持
    o 支持带集成式电流感测的ISL99227 60A智能功率级
    o 支持ISL6617A相位倍增器，用于扩展到14相位工作模式
    ·        通过PowerNavigatorGUI进行直观的设置、控制和监测
    o 具有平均和峰值阈值的周期性电流保护
    o 具有可调节电流阈值的自发的自动相降（APD）
    o 输出和输入过压及欠压保护
    ISL99227 60A智能功率级的主要特性和规格
    ·        输入电压范围：4.5V - 18V
    ·        60A电流容量，具有额定25V同步FET
    ·        集成电流感测，跨线路、负载和温度的为3%
    ·        5mV/A差分电流报告，消除DCR误差和噪声
    ·        3.3V兼容三态PWM输入
    ·        带故障监测功能的集成温度感测
    ·        高边FET过流保护

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