我們目前面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，通過(guò)準(zhǔn)確了解從宏觀到微觀的功率使用情況來(lái)降低功耗。例如，了解從大型伺服器群組到每個(gè)機(jī)架式系統(tǒng)中安裝在電路板上的電源之功率使用情況。在電壓軌很多的電路板上管理電源并實(shí)現(xiàn)靈活性可能非常困難，而且需要工程師用數(shù)字電壓表 (DVM) 和示波器進(jìn)行人手探測(cè)，而且結(jié)果是常常需要更換 PCB 組件。為了簡(jiǎn)化這類電源管理任務(wù)，人們開(kāi)始通過(guò)數(shù)字通信總線來(lái)配置和監(jiān)視電源，這種趨勢(shì)越來(lái)越明顯。換言之，這種方式實(shí)現(xiàn)了設(shè)定、監(jiān)視、更改和記錄電源參數(shù)的遙測(cè)能力。這種方法經(jīng)常稱為“數(shù)字電源”或“電源系統(tǒng)管理”，能夠使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在產(chǎn)生原型產(chǎn)品、部署和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)化和加速系統(tǒng)描述及優(yōu)化過(guò)程。

圖 1：使用數(shù)字電源系統(tǒng)管理產(chǎn)品，能夠針對(duì)任何規(guī)模的系統(tǒng)更加準(zhǔn)確地管理能耗和運(yùn)行成本，這類產(chǎn)品具備數(shù)字總線遙測(cè)功能、板級(jí)存儲(chǔ)器和軟件控制功能

數(shù)字電源系統(tǒng)管理：通過(guò)數(shù)字總線接口訪問(wèn)、監(jiān)視和更改關(guān)鍵電源參數(shù)

數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (Digital Power System Management ─ DPSM) 產(chǎn)品是通過(guò)兩線 PMBus 接口接受配置和監(jiān)視的。PMBus 是一種開(kāi)放的 I2C 數(shù)字接口協(xié)議。這使得數(shù)字電源系統(tǒng)管理產(chǎn)品能夠與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)和架構(gòu)、安裝在電路板上的控制器 (Board Mount Controllers - BMC) 以及智能平臺(tái)管理接口 (Intelligent Platform Management Interface ─ IPMI) 功能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。為了簡(jiǎn)單易用，尤其是在硬件開(kāi)發(fā)及測(cè)試的早期，人們使用在 PC 上運(yùn)行的圖形用戶界面 (Graphical User Interface ─ GUI)，通過(guò) USB 至 PMBus 適配電路板與 DPSM 產(chǎn)品通信。圖 2 所示方框圖顯示了用 DPSM 控制 8 個(gè)負(fù)載點(diǎn) (Point-of-Load ─ POL) 穩(wěn)壓器的典型方法。該圖包括若干 POL 穩(wěn)壓器、一個(gè) DPSM 構(gòu)件、數(shù)字總線以及一個(gè)收集和傳送數(shù)據(jù)的主控制器。

圖 2：具備數(shù)字遙測(cè)的數(shù)字電源系統(tǒng)管理產(chǎn)品允許隨時(shí)更改參數(shù)而不需更換硬件

DPSM 產(chǎn)品可以為用戶提供與電源有關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)：用戶可以通過(guò)數(shù)字總線讀取負(fù)載電流、輸入電流、輸出電壓、計(jì)算功耗、效率以及讀取其他電源管理參數(shù)。這樣就能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析、最大限度降低運(yùn)行成本、增強(qiáng)可靠性并做出明智的能耗管理決策。

DPSM 的好處：電壓優(yōu)化提高 ASIC、FPGA 和處理器性能

在為 ASIC、FPGA 等低壓器件供電時(shí)，POL 穩(wěn)壓器的輸出電壓準(zhǔn)確度至關(guān)重要。DPSM 產(chǎn)品用一個(gè)非常準(zhǔn)確和穩(wěn)定的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 不斷測(cè)量電源輸出電壓。時(shí)間伺服環(huán)路自動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào) DAC 的值，這消除了電源輸出電壓漂移，并極大地提高了準(zhǔn)確度。另一方面，由于溫度變化和制造容限，傳統(tǒng)電源的輸出電壓會(huì)隨時(shí)間變化而漂移。這種電壓漂移可能超出設(shè)計(jì)裕度。此外，對(duì)于傳統(tǒng)電源而言，僅能通過(guò)更改 PCB 或更換元件來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓、排序安排以及電壓和電流監(jiān)察門(mén)限。

圖 3 總結(jié)了 DPSM 產(chǎn)品 (右) 與傳統(tǒng) POL 轉(zhuǎn)換器 (左) 相比較的優(yōu)點(diǎn)。

圖 3：DPSM 產(chǎn)品用非常準(zhǔn)確和穩(wěn)定的 ADC 不斷測(cè)量電源輸出電壓。諸如 LTpowerPlay™ 等簡(jiǎn)單的 GUI 可用來(lái)進(jìn)行電源參數(shù)的 READ / WRITE

PSM 的好處：動(dòng)態(tài)控制電源參數(shù)以降低能耗

傳統(tǒng)電源的電壓是固定的，而且不可能輕易地隨時(shí)改變。另一方面，以數(shù)字方式管理的電源卻可通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線數(shù)字接口調(diào)節(jié)，而且有些電源的分辨率好于 1mV。憑借 DPSM 產(chǎn)品，人們可以微調(diào)系統(tǒng)性能，最大限度地減少功率浪費(fèi)，采用動(dòng)態(tài)電壓及頻率調(diào)節(jié)等方法，這類方法已經(jīng)顯示可降低總體系統(tǒng)能耗。

圖 4：DPSM 產(chǎn)品可以輕松配置，以通過(guò) LTpowerPlay 等簡(jiǎn)單的 GUI來(lái)微調(diào)系統(tǒng)性能，并通過(guò)采用動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)等方法，最大限度地減少功率浪費(fèi)

PSM 的好處：遙測(cè)和板上非易失性存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)精確無(wú)縫的系統(tǒng)監(jiān)視、保護(hù)和數(shù)據(jù)記錄