如何設(shè)計和管理多軌拓?fù)潆娫?/h1>
關(guān)于為當(dāng)今許多 PC 板和系統(tǒng)提供電源軌，有好消息也有壞消息。首先，好消息是：現(xiàn)在在基于線性(低壓差或 LDO)和開關(guān)架構(gòu)的 DC/DC 穩(wěn)壓器和轉(zhuǎn)換器中有許多出色的選擇。因此，找到一個具有合適的屬性組合的人比以往任何時候都容易。此外，許多在個位數(shù)電壓下提供低于 5 到 10 A 電流的較小單元很容易使用，并且只需要幾個外部無源元件，也許還需要一個 MOSFET。他們詳細(xì)的數(shù)據(jù)表解決了與其在標(biāo)稱和極端情況下的靜態(tài)和動態(tài)性能相關(guān)的許多問題(如果不是全部的話)。
到目前為止，一切都很好——那么壞消息是什么?就是這樣：今天的設(shè)計還需要多個 DC 導(dǎo)軌——10 條、12 條，甚至更多并不罕見——平衡作為一個組的導(dǎo)軌的選擇可能是一個令人沮喪的問題。如果軌道直流電壓不同，則更容易，因為它集中并定義了選擇。但是，如果這里需要 2 A 時為 3.3 V ±5%，而那里需要 0.5 A 時為 3.3 V ±2%，該怎么辦?您使用一個 2.5 A 穩(wěn)壓器還是兩個較小的穩(wěn)壓器?當(dāng)您需要這里的 1 A 和那里的 1 A 但在兩個地方的規(guī)格相同時，您會怎么做：您使用兩個 1 A 單元還是單個 2 A 設(shè)備?
問題在于，隨著軌道數(shù)量的增加，決策和權(quán)衡矩陣變得極其復(fù)雜，當(dāng)然，每個條目都有多個關(guān)鍵參數(shù)，例如電壓、電流、容差、效率、瞬態(tài)性能和成本。您是否選擇在某個方面稍好一些但在另一個方面可能稍差的調(diào)節(jié)器?您如何權(quán)衡權(quán)衡，尤其是當(dāng)它們微妙且通常難以量化時?
確定最佳配電拓?fù)涫且豁棾粤Σ挥懞玫娜蝿?wù)，因為您認(rèn)為最佳的方式取決于很多觀點和判斷。也許在未來的某個時間，人工智能 (AI) 將有助于評估和縮小選擇范圍，但我懷疑那是一段很長的未來。我見過的可用 CAD 程序當(dāng)然可以評估給定的方法，但它們不能很好地評估權(quán)衡及其技術(shù)或美元成本。
挑戰(zhàn)變得更加困難，因為答案不僅涉及組件規(guī)格本身，還涉及板上的布局和占位面積問題。最有用的工具似乎是舊的備用工具——Excel 電子表格——如果只是為了跟蹤評估中的選擇并提供基本分析。
在確定了電源軌配電拓?fù)渲螅€有更多的壞消息。對于其中許多軌，它們的開啟/關(guān)閉順序以及斜坡速率至關(guān)重要。有一些電源管理 IC 可以實現(xiàn)排序，但它們只能做它們被連接起來做的事情。一些 PMIC 僅為硬件，設(shè)計人員可以通過幾個外部電阻器設(shè)置排序順序和時序。這些一勞永逸的裝置沒有太大的靈活性，但它們無需軟件即可工作，這在某些情況下是一大優(yōu)勢。其他 PMIC 具有內(nèi)置邏輯，可以執(zhí)行用戶編程的序列。像往常一樣，這是靈活性與信心的兩難境地。
在定義導(dǎo)軌如何相對于彼此上下傾斜時甚至存在差異。有時只需要一個穩(wěn)壓器的電源良好/不良輸出來啟用/禁用另一個穩(wěn)壓器，但通常并不是那么簡單?？紤]只有兩個軌的簡單情況：它們應(yīng)該具有順序、比例和同時時序嗎?
在順序時序中，第二個電源軌僅在第一個電源軌達(dá)到其標(biāo)稱調(diào)節(jié)值后才開啟。
在比率計時(中，兩個輸出電壓同時啟動，并且兩個電壓同時達(dá)到穩(wěn)壓。它被稱為“比率”，因為這兩個電壓通常不同，因此它們的 dV/dt 斜率不同，但由一個常數(shù)因子相關(guān)。
最后，在同時啟動時，兩個輸出電壓的斜率相同;因此，兩個電壓在不同的時間達(dá)到調(diào)節(jié)。
這只是其中的三個選項，還有更多。對于運算放大器、處理器、FPGA 和更大、高度集成的 IC 等單個設(shè)備，供應(yīng)商數(shù)據(jù)表會列出排序和軌道關(guān)系(如果沒有，那不是一個好兆頭)。但是一個有用的電路不僅僅是那些 IC，而且可能存在具有特殊排序需求的整體設(shè)計的子部分。因此，設(shè)計人員必須確定哪些排序模式對于這些部分是強制性的、首選的和禁止的。
請注意，排序根本不是一個新問題。在高功率真空管的“舊時代”，通過交流或直流加熱燈絲通常是一個好主意，從而在施加直流板 (B+) 電壓之前從陰極開始發(fā)射電子。雖然這樣做對于較小的管子來說并不重要，但過早地為較大的管子施加板電壓會縮短它們的壽命，甚至可能導(dǎo)致立即燒壞。最初，完成了所需的燈絲板排序，但很快就添加了基于熱的計時器，因為由于操作員錯誤導(dǎo)致昂貴的燈管燒毀的案例太多。
如此多的高性能、小型且易于使用的電源相關(guān) IC 的可用性是一大優(yōu)勢。但目前，他們無法決定整體拓?fù)?、?quán)衡和關(guān)系等較為模糊的問題。我懷疑電源拓?fù)鋵＜覍⒂幸欢螘r間的工作保障。
您必須在系統(tǒng)中設(shè)計的最大 DC 軌數(shù)是多少?您使用了哪些工具(如果有)來評估您的選擇然后做出決定?多軌設(shè)計中最簡單的部分是什么，最難的是什么?
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