EXAR创新多路数字电源解决方案

现今的电子系统更多的依赖于数字设计，从分立的逻辑门到复杂的FPGA、CPLD以及DSP，数字化进程加剧。随之带来的是对电源的设计要求越来越高，电源之间的交互、控制以及如何简化电源设计为众多工程师所关注，而数字电源控制技术的低成本、灵活性与堪比模拟电源的稳定性则成为实现这一梦想的关键。

Exar PowerXR数字电源解决方案——XRP77XX系列芯片的“数字”特性完全摒弃了传统电源所需的外部无源控制元件，成功集数字与模拟两个领域的顶级性能于一身，将开发时间由数周缩短至数个小时，使系统设计工程师得以将产品快速投放市场，赢得显著竞争优势。同时，针对不断变化的设计需求和条件，PowerXR数字电源解决方案还具有完全的可适应性和可再用性。

现代系统对电源的要求

现代系统对电源方案提出了更为严苛的要求，概括起来分别是三个不仅仅。不仅仅只是功率转换，功率转换能够满足系统的最基本需求;不仅仅只是时序、功率管理，功率管理提升了系统的灵活性;不仅仅只是电源通讯，通讯提升了系统的智能性。综合来看，现代系统需要电源同时具备以上三种能力，同时还要简单易用并且便宜。

PowerXR数字电源

EXAR的PowerXR数字电源具有众多优势，那么，它能给设计带来什么呢?

首先，在硬件方面，单芯片解决方案代替了数十个IC才能完成的功能。完整的电源管理带来更高的系统可靠性，并且集成MOS驱动。在全温度范围内有着更好的稳压精度;具有高功率密度。效率高，方案可以达到大于90%的效率。

其次，在软件方面，PowerXR具有简易的开发环境并且支持重复编程。

最后，在通信方面，PowerXR具有完整的电源监控并可以轻松实现远程控制。

PowerXR数字电源功能功能框图如图1所示。实现的功能如下：

图1 PowerXR数字电源功能功能框图

•单电源供电(4.75V~25V)

•独立的四(三)通道集成高电流驱动

的降压控制器

• 3.3V 或者5V数字可选待机LDO

•最高1.5MHz开关频率

•优化的状态机结构，只需要200个

左右寄存器

• 6个可配置输入/输出口

• I2C完全可编程

•数字延迟以及斜率控制

•电压、电流、温度以及状态监控

PowerXR应用原理图如图2所示。

图2 PowerXR应用原理图

PowerXR数字电源控制器方框图如图3所示。数字功率控制如图3中上面的红色框所示，数字功率管理部分如中间的蓝色框所示，数字通信部分如图中下面的红框所示。

图3 PowerXR数字电源控制器方框图

PowerXR技术概况如下：

• 0.18μm BiCMOS混合信号工艺

•低功耗1.8V数字内核

•状态机结构，不需要执行代码、固件

• 30多项数字电源核心专利

•只需要配置200个左右状态寄存器

通过对内部各寄存器的灵活配置，可以实现各种复杂的系统电源需求。PowerXR反馈ADC，相当于具有两个输入范围的9位分辨率ADC。在数字PWM设计方面，计数器实现方式要得到1.5MHz的开关频率，采用8位计数器，需要384MHz时钟，功耗大。Exar采用DLL和Sigma Delta控制方式，1.5MHz的开关频率，8位分辨率只需要48MHz的内部时钟，而800kHz的开关频率，只需要25.6MHz的内部时钟。

通过数字补偿设计、多通道时序控制、更高的功率密度增加PowerXR效率，效率曲线如图4所示。

图4 PowerXR效率曲线

PowerXR数字电源开发环境是EXAR数字电源开发软件(PowerArchitect)，它能轻松帮您完成电源设计。具体有：按照使用者的需求只需鼠标键盘简单操作完成电源设计;软件会根据使用者的不同需求推荐给使用者优化外围器件参数;根据设计参数，模拟出波特图分析其电源工作的稳定性;实时监测电源的工作状态。

PowerArchitect可以得到需要设计的各项指标，包括输入电压、开关频率、输出电压、工作相位、输出电流、时序设计和输出电感电容选择。数字化设计包括I²C配置、LDO配置、各通道使能控制方式、多种GPIO口配置满足使用者的需求。通过使用PowerArchitect还可以轻松完成复杂的环路设计。它会根据设计软件会自动绘制出开环曲线，可以进行带宽调整，满足动态指标的苛刻要求，零、极点的放置可满足环路的稳定，还可以用来检测相位余量是否满足。通过软件可以实时监测电源状态，比如电压、电流、GPIO状态、工作相位。

XRP7724

PowerXR产品选型表如表1所示。

表1 PowerXR产品选型表

XRP7724是EXAR可用于手持设备的数字电源芯片，轻载可配置工作在DPFM(数字调频模式)大大提高了轻载效率。EXAR的DPFM专利使其成为全球较为领先的使用数字化的方式实现PFM，并且拥有三种不同的DPFM配置模式，大大提高了设计灵活性。具有更低的静态电流，低