降低可编程电源系统设计风险的方式

表1并未对 FPGA对电源系统所提出的要求做详细说明。所有 FPGA厂商均规定了确保 FPGA正常运行所需的每一电源电压的最小及最大必要匀变时间（单位：微秒至毫秒）。在创建电源系统时，这是系统设计师必须考虑的另一个因素。匀变时间不可过快或过慢。

　　对介质处理器、SoC、ASSP和 ASIC的电源电压有着类似的限制。由于对电源没有标准规范，因此 IC设计小组可自由选择完成设计所需的任何电源启动方案。满足不断变化的电源电压要求是他人的问题，而不由 IC设计小组负责。其他人通常指系统设计师。系统设计师负责满足芯片的一切电压和排序要求。当一个系统设计中有多个复杂芯片时，电源的复杂性便会翻倍。如需进一步提高复杂性，可以将一个芯片的排序要求修订为下一个序列，这样便会需要更为准确的器件特性或者会导致设计变更。此时仍然由系统设计师负责满足这些需求，无论这些需求是什么，也无论这些需求如何变化。

　　鉴于这些原因，从根本上逐步提高系统复杂性以及系统中所用芯片的复杂性时，需要将电源系统的能力改进数倍，这就要求电源提供匀变倍数，并且精确控制各种电源轨之间的定时关系。若欲实现电源系统的上述高级能力，通过采用早期电源管理设计方法成本巨大或者根本无法实现。

　　系统设计师电源简史

　　在查看创建可编程电源系统的潜在设计方法之前，我们来简要回顾一下早期的方法，以便理解如今的系统设计为什么有着更多需求。插件板上或负载点（POL）电源系统基于现有的开关模式 PWM电源控制器和简单电源管理芯片。早期的开关模式电源控制器采用易于理解的模拟 PID回路（比例，积分，微分回路）算法来调节电压。这种设计表现良好但却存在必须解决的设计问题。

　　首先，这种控制器对外部元件随时间和温度的偏移非常敏感。这种偏移不会影响调节精度，因此根本不会影响电源控制器的调节能力。所有调节能力的潜在损失只与回路稳定性有关。如果精心设计的补偿回路中的控制器元件与设计规范的偏移足够大，则控制回路会变得不稳定，并且控制器也根本不再进行调节。对这一问题的解决方案是购买对偏移敏感度较低的更昂贵外部元件，对于对成本较为敏感的设计来说，这一替代方式通常不建议采纳。那么当前，哪些设计对成本不敏感呢？

　　第二个问题是系统兼容性。如之前所讨论的那样，有几个与系统有关的问题，包括电源排序、各种插件板上电源和复位信号或多个信号间的定时关系、对一个或多个插件板上电源进线微调以实现系统正常操作的可能性。所有这些问题都需要超越单一的 PWM控制器芯片能力。

　　因此，IC厂商创造了能够充当“数字包封”的电源管理芯片。这些芯片可控制多个模拟 PWM控制器的加电排序，可针对电源系统的设计来产生一个多芯片解决方案。尽管这一方法最初可以估算电源电压排序和复位定时所需的灵活性类型，但由于电压被与PWM控制器芯片有关的外部元件所固定，因此不能满足用来调整系统电源电压的各种生产前及生产后的需求。此外，向包含多个 PWM控制器芯片的设计中添加电源管理芯片还会增添另一个芯片，这会提升成本、增大设计复杂性并且耗费额外的面板空间。在看重设计空间尺寸的芯片中，这种电源系统设计解决方案会降低精密度。

　　现在我们需要什么？

　　我们现在需要的是一个可编程电源或者系统（PPS），它应该能够提供多种精细可编程电源电压，并且在各个电源电压之间提供可独立调整的斜升和斜降时间以及可调的排序延时。这种电源系统设计为系统设计师提供了必要的设计灵活性。该系统如今未得到广泛应用的原因是其昂贵的价格。这种昂贵指的并不是基础技术本身，而是由于电源 IC厂商以前未曾针对设计问题采用充分的硅集成等级。但是，这种状况注定会发生变化，而且这种变化已见端倪。

　　正如 FPGA可以方便地针对新系统需求或者不断变化的系统需求为系统设计师提供灵活的可编程序逻辑结构一样， PPS也能够为系统设计提供一种可编程电源系统，以便匹配系统电源的所有变化或者新的要求。现场可编程性为这两种情况赋予了极大的灵活性。对于 PPS来说，由于需要将硅集成从原有的 PWM技术完全转换为数字控制电源系统，因此灵活性的增强是免费的。因此，系统设计师能够显着增强电源系统的特征而不会增加成本。

与以前开发数个固定稳压器的方法相比，可编程电源系统能够更加紧密地匹配当前复杂系统的需求。与过去相比，由于复杂 IC的电源电压达到了前所未有的稳定性，因此如今的系统设计师对灵活性的要求更高。从前制作的 FPGA、微型控制器、SoC和 ASIC拥有稳定的电源电压规格，但是新零件，